【摘要】：隨著科技的不斷進(jìn)步,人們進(jìn)一步加強(qiáng)了外太空的探索,使得航天航空存儲(chǔ)器件的抗輻射性能變得越來越重要。鐵電存儲(chǔ)器具有操作電壓低,讀寫速度快和非揮發(fā)性存儲(chǔ)等優(yōu)點(diǎn),尤其是它的天然抗輻射能力,使得其在航天器件上具有廣闊的應(yīng)用前景。研究輻照條件下鐵電材料的性能,是掌握鐵電存儲(chǔ)器抗輻照性能的關(guān)鍵。目前,人們從實(shí)驗(yàn)和理論方面對(duì)鐵電材料或器件的輻射效應(yīng)開展了大量的研究,但是,從微觀結(jié)構(gòu)針對(duì)鐵電材料輻射條件下性能退化的研究相當(dāng)匱乏。基于此,本論文使用蒙特卡洛方法計(jì)算了不同能量及不同角度H~+質(zhì)子電離輻射對(duì)鐵電存儲(chǔ)器(以MFIS型鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管為例)中鐵電薄膜的輻射損傷;同時(shí),運(yùn)用相場(chǎng)模擬方法建立了MFIS結(jié)構(gòu)鐵電效應(yīng)晶體管(FeFET)鐵電層疇結(jié)構(gòu)的理論模型,并掌握了不同能量及角度H~+質(zhì)子入射FeFET時(shí),鐵電薄膜疇結(jié)構(gòu)在外場(chǎng)下的演化過程;通過建立標(biāo)準(zhǔn)器件模型,計(jì)算出了不同能量及角度H~+質(zhì)子輻射FeFET電學(xué)性能的變化過程,并總結(jié)出了輻射條件下FeFET電學(xué)性能的退化規(guī)律。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)運(yùn)用蒙特卡洛方法研究了Pt/BaTiO_3/SiO_2/Si結(jié)構(gòu)FeFET中鐵電薄膜在質(zhì)子H~+電離輻射作用下的損傷情況。模擬結(jié)果表明:入射能量為10~100 keV時(shí),隨著入射能量的增加,輻射損傷位置將從薄膜與電極的界面轉(zhuǎn)移到薄膜內(nèi)部,最后再轉(zhuǎn)移到薄膜與絕緣層的界面;入射角度為0~75°時(shí),隨著入射角度的增加,同一能量下BaTiO_3薄膜內(nèi)部損傷的位置將會(huì)發(fā)生內(nèi)移,主要原因是入射能量越大穿透能力越強(qiáng),入射角度越高,射程將變得越短。(2)基于上述BaTiO_3薄膜的損傷情況,建立了MFIS結(jié)構(gòu)FeFET的相場(chǎng)模型。研究了界面厚度、內(nèi)建電場(chǎng)、氧空位、界面應(yīng)變以及頻率等因素對(duì)鐵電薄膜鐵電性能的影響。模擬結(jié)果表明:上述因素會(huì)對(duì)BaTiO_3鐵電薄膜的疇結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,主要為疇壁的移動(dòng),疇類型的轉(zhuǎn)變。(3)將相場(chǎng)模型與MOS器件方程相結(jié)合,研究了界面厚度、內(nèi)建電場(chǎng)、氧空位和界面應(yīng)變等因素對(duì)FeFET電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:(a)隨著界面厚度的增加,FeFET開態(tài)電流略微減小,關(guān)態(tài)電流略微增大;(b)隨著內(nèi)建電場(chǎng)及氧空位的增加,FeFET的剩余極化、矯頑場(chǎng)、存儲(chǔ)窗口、開態(tài)電流以及開關(guān)比會(huì)減小,而關(guān)態(tài)電流會(huì)增加;(c)隨著界面應(yīng)變的增加,FeFET的剩余極化、矯頑場(chǎng)、開態(tài)電流均增加,關(guān)態(tài)電流則減小;與此同時(shí),隨著氧空位濃度的增加,FeFET剩余極化、矯頑場(chǎng)和存儲(chǔ)窗口基本保持不變,開態(tài)電流則會(huì)稍微減小。
【圖文】：

圖 1.1 BaTiO3的晶胞結(jié)構(gòu)材料另一個(gè)重要的宏觀特征，其極化強(qiáng)度 P 與外電極板和鐵電材料構(gòu)成的鐵電電容施加外電場(chǎng)方向最大值均勻變化，其極化強(qiáng)度 P 沿著曲線，極化強(qiáng)度為 Pr，此時(shí)的極化強(qiáng)度為剩余極化強(qiáng)方向最大值均勻變化，其極化 P 沿著曲線 defa Ed增加到零時(shí)，極化強(qiáng)度為-Pr，此時(shí)的極化強(qiáng)度為零時(shí)，此時(shí)所施加的電場(chǎng)為 Ec，即矯頑場(chǎng)所需要提供的最小電場(chǎng)。

圖 1.1 BaTiO3的晶胞結(jié)構(gòu)電材料另一個(gè)重要的宏觀特征，，其極化強(qiáng)度 P 與外電以電極板和鐵電材料構(gòu)成的鐵電電容施加外電場(chǎng) Ed負(fù)方向最大值均勻變化，其極化強(qiáng)度 P 沿著曲線 ab時(shí)，極化強(qiáng)度為 Pr，此時(shí)的極化強(qiáng)度為剩余極化強(qiáng)度正方向最大值均勻變化，其極化 P 沿著曲線 defa 變當(dāng) Ed增加到零時(shí)，極化強(qiáng)度為-Pr，此時(shí)的極化強(qiáng)度強(qiáng)度為零時(shí)，此時(shí)所施加的電場(chǎng)為 Ec，即矯頑場(chǎng)：時(shí)所需要提供的最小電場(chǎng)。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V443;TB383.2

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本文編號(hào)：2674323