【摘要】：鐵電疇壁在未來納米電子器件領(lǐng)域中擁有十分廣闊的應(yīng)用前景,它們具有與鐵電疇不同的性質(zhì),并且可以根據(jù)人們的需求輕易的生成、消除以及重新配置。鐵電疇壁在導(dǎo)電方面表現(xiàn)的尤為突出,其中帶電疇壁擁有著超強(qiáng)的導(dǎo)電性,這一特殊的性能導(dǎo)致了“鐵電疇壁存儲(chǔ)器”這一概念的出現(xiàn),而如何調(diào)控鐵電疇壁的導(dǎo)電性是將疇壁應(yīng)用于存儲(chǔ)器件的關(guān)鍵�，F(xiàn)有研究表明,鐵電薄膜中疇壁的導(dǎo)電性與疇壁的類型、數(shù)量以及長(zhǎng)度等密切相關(guān),而失配應(yīng)變、外電場(chǎng)以及空間電荷等因素都對(duì)疇壁的結(jié)構(gòu)有一定的影響。因此,從鐵電薄膜的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā),研究這些外界因素對(duì)鐵電疇壁導(dǎo)電性的影響,對(duì)調(diào)控鐵電疇壁的導(dǎo)電性具有一定參考價(jià)值。本文采用相場(chǎng)方法,以經(jīng)典鐵電材料PbTi03作為研究對(duì)象,研究了失配應(yīng)變、外電場(chǎng)以及空間電荷對(duì)鐵電疇壁及其導(dǎo)電性的影響,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)建立了鐵電薄膜中疇壁導(dǎo)電性研究的相場(chǎng)模型,研究了失配應(yīng)變對(duì)鐵電薄膜中90°疇壁及其導(dǎo)電性的影響。研究結(jié)果表明:失配應(yīng)變會(huì)使鐵電薄膜中疇壁的位置發(fā)生移動(dòng),從而改變鐵電薄膜中的載流子分布情況;當(dāng)失配壓應(yīng)變從-0.001增加到-0.004時(shí),疇壁的導(dǎo)電性變化不大,而當(dāng)失配拉應(yīng)變從0.001增加到0.004時(shí),疇壁的電導(dǎo)率增大了 5倍左右。(2)在建立的疇壁導(dǎo)電性研究的相場(chǎng)模型基礎(chǔ)上,研究了電場(chǎng)對(duì)鐵電薄膜中90°疇壁及其導(dǎo)電性的影響。研究結(jié)果表明:在縱向電場(chǎng)的作用下,當(dāng)電場(chǎng)逐漸增大時(shí),疇壁的長(zhǎng)度逐漸縮短,疇壁的電導(dǎo)率最高增大了6倍左右;在雙向電場(chǎng)的作用下,鐵電薄膜中原來的頭對(duì)尾90°疇壁轉(zhuǎn)變?yōu)轭^對(duì)頭和尾對(duì)尾90°帶電疇壁,并且隨著電場(chǎng)逐漸增大,頭對(duì)頭90°帶電疇的導(dǎo)電性逐漸減弱,其電導(dǎo)率變化范圍在103-106之間;此外,界面電場(chǎng)會(huì)對(duì)鐵電薄膜中帶電疇壁的結(jié)構(gòu)造成一定影響,但由于其作用范圍較小,導(dǎo)致界面電場(chǎng)對(duì)頭對(duì)頭90°帶電疇壁的導(dǎo)電性影響不大。(3)將空間電荷引入到疇壁導(dǎo)電性研究的相場(chǎng)模型中,研究了不同分布類型的空間電荷對(duì)鐵電薄膜中90°帶電疇壁的影響。研究結(jié)果表明:隨著均勻分布空間電荷密度的增大,鐵電薄膜中尾對(duì)尾90°帶電疇的長(zhǎng)度逐漸縮短,而頭對(duì)頭90°帶電疇壁幾乎不受影響;非均勻分布的空間電荷使得尾對(duì)尾和頭對(duì)頭90°帶電疇壁的長(zhǎng)度都有所縮短,隨著空間電荷密度的增大,其導(dǎo)電性逐漸減弱。
【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】：2018
【分類號(hào)】：TB383.2
【圖文】：

兩個(gè)極化矢量之間的角度可以將疇壁分為不同的類型［１１］。鐵電材料中，在兩個(gè)具逡逑有不同極化方向的ｃ疇之間可以形成一種最簡(jiǎn)單的情況，即１８０°疇壁，其結(jié)構(gòu)如逡逑圖１．１⑻所示。當(dāng)在ｃ疇旁邊存在著《疇時(shí)，兩個(gè)相鄰的疇之間極化方向互相垂逡逑直，即形成了所謂的９０°疇壁，如圖１．１（ｂ）所示。而在鐵電材料中，還存在著其逡逑它更為復(fù)雜的疇壁，例如，在ＢｉＦｅ０３中除了邋１８０°疇壁之外，１０９°和７１°也是鐵電逡逑材料中較為常見的疇壁類型，圖１．２為實(shí)驗(yàn)中觀察到的疇壁類型Ｍ。逡逑１逡逑

１．鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器（ＦｅＲＡＭ）逡逑ＦｅＲＡＭ將電容用作信息存儲(chǔ)的單元，結(jié)構(gòu)以ｌＴ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）－ｌＣ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）式逡逑的居多，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)單元相較于其他結(jié)構(gòu)擁有更高的存儲(chǔ)密度，圖１．４（ａ）為１Ｔ－逡逑１Ｃ式的存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示意圖，這種結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器己經(jīng)得到商用鐵電存逡逑儲(chǔ)器的讀寫次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)器＠４２１，擁有更多的讀寫次數(shù)，這使得逡逑４逡逑

“邋Ｐ逡逑Ｃ逡逑圖１．３鐵電體的電滯回線逡逑二十世紀(jì)５０年代，鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ邋Ｒａｎｄｏｍ邋Ａｃｃｅｓｓ邋Ｍｅｍｏｒｙ，逡逑ＦｅＲＡＭ）的概念首先由Ｊ．Ｒ．邋Ａｎｄｅｒｓｏｎ提出，隨后引起了研究人員們對(duì)鐵電存儲(chǔ)逡逑器的研宄熱潮。緊接著，６０年代至７０年代期間，人們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中獲得了單管的逡逑鐵電存儲(chǔ)器以及三明治結(jié)構(gòu)（金屬層一鐵電薄膜一襯底）的鐵電存儲(chǔ)器［３４１。但是逡逑由于當(dāng)時(shí)較為落后的工藝技術(shù)，限制了薄膜的制備條件，且導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室中制備的逡逑鐵電存儲(chǔ)器存在一些缺陷，其性能不能達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)。此后一段時(shí)間，鐵電存逡逑儲(chǔ)器的研宄跌入低谷期，商業(yè)化的計(jì)劃也隨之宣布失敗。２０世紀(jì)末及２１世紀(jì)初逡逑期，由于微電子信息技術(shù)發(fā)展迅猛，研宄人員成功研制出了質(zhì)量越來越高的鐵電逡逑薄膜和結(jié)構(gòu)更加出色的存儲(chǔ)器—些國際上知名的大型半導(dǎo)體公司如東逡逑芝、三星等也對(duì)鐵電存儲(chǔ)器的研發(fā)投入了更多人力和財(cái)力支持

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