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铁电聚合物基非易失存储结构的电学性能研究

作 者: 张吉皓
导 师: 朱国栋
学 校: 复旦大学
专 业: 物理电子学
关键词: 铁电聚合物 电容结构 C-V回线 极化疲劳 数据保持
分类号: O482.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


聚偏二氟乙烯(PVDF)及二氟乙烯与三氟乙烯的共聚物P(VDF-TrFE)的具有自发极化强度相对较高、极化稳定性强、极化翻转时间短等优点,作为一种新型的铁电功能材料,已经受到越来越多的关注。本文基于铁电聚合物,分别制备了金属-铁电材料-半导体(MFeS)和金属-铁电材料-氧化物-半导体(MFeOS)两种非易失性存储结构,分别表征其形貌结构和电学性能,对器件的电学疲劳特性和数据保持能力做了研究。主要研究内容包括:1、对MFeS器件的电学疲劳特性进行了研究。在自建的Sawyer-Tower电路上,通过改变极化疲劳电压的频率,研究器件结构的疲劳特性,发现器件的疲劳速率对外加疲劳电压的频率有很强的依赖性,频率越高,疲劳速率越慢。同时,通过和MFeM结构疲劳速率的比较,得到了不同电极对于器件疲劳性能的影响。2、对MFeOS器件结构的电学性能进行研究。在极化过程中,观察开关比、记忆窗口和C-V回线的变化,得到:随着疲劳的深入,MFeOS结构的开关比减小,记忆窗口变化等现象,并尝试对其中观察到的现象做了解释。此外,我们对MFeOS结构的数据保持性能进行研究,研究写入电压的极性、幅度以及脉宽对MFeOS结构数据保持能力的影响,并加以解释。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章 引言  7-18
  1.1 铁电聚合物概述  7-9
  1.2 铁电性综述  9-10
  1.3 极化疲劳  10-11
  1.4 铁电电容存储结构及原理  11-12
  1.5 半导体器件物理原理  12-17
    1.5.1 MOS结构  13
    1.5.2 功函数  13-14
    1.5.3 界面结构  14-15
    1.5.4 C-V曲线  15-16
    1.5.5 高频C-V特性测量电路  16-17
  1.6 本论文研究的内容  17-18
第二章 电容结构的样品制备及表征  18-29
  2.1 铁电聚合物P(VDF-TrFE)溶液的配制  18
  2.2 电容结构的样品制备  18-21
  2.3 薄膜表征  21-28
    2.3.1 P(VDF-TRFE)聚合物薄膜的AFM形貌表征  21-26
      2.3.1.1 原子力显微镜(AFM)的原理  21-25
      2.3.1.2 P(VDF-TrFE)聚合物薄膜的AFM表面形貌  25-26
    2.3.2 X射线衍射谱(XRD)  26-28
      2.3.2.1 布拉格(Bragg)定律  26-27
      2.3.2.2 铁电薄膜XRD表征  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章 MFeS结构的电学疲劳特性的研究  29-39
  3.1 实验方法  29-33
    3.1.1 实验样品制备  29-30
    3.1.2 P-V电滞回线的测量  30-32
    3.1.3 极化疲劳的表征  32-33
  3.2 实验结果  33-36
  3.3 结果与讨论  36-38
    3.3.1 极化疲劳  36-37
    3.3.2 P-V电滞回线中的矫顽场  37
    3.3.3 铁电开关电流峰的减小  37-38
    3.3.4 铁电薄膜的厚度  38
    3.3.5 P-Si/Al与Al底电极的比较  38
  3.4 本章小结  38-39
第四章 MFeOS结构的电学特性的研究  39-59
  4.1 实验力法  39-41
    4.1.1 实验样品制备  39-40
    4.1.2 C-V回线的产生及测量  40-41
    4.1.3 C-V回线中的记忆窗口和开关比  41
  4.2 实验结果  41-54
    4.2.1 样品形貌及结晶度表征  41-42
    4.2.2 C-V曲线表征  42-44
    4.2.3 MFeOS结构电学疲劳性能的研究  44-48
      4.2.3.1 MFeOS结构平带电容C_(FB)、V_(FB)和开关比(△C_(max))的确定  45
      4.2.3.2 极化电压对MFeOS器件结构的影响  45-48
    4.2.4 MFeOS结构retention性能的研究  48-54
      4.2.4.1 负写入电压幅度变化对retention性能的影响  49-51
      4.2.4.2 负写入电压时间变化对retention性能的影响  51-52
      4.2.4.3 正写入电压幅度变化对retention性能的影响  52-53
      4.2.4.4 正写入电压时间变化对retention性能的影响  53-54
  4.3 结果与讨论  54-58
    4.3.1 C-V测试参数的选择  54-56
      4.3.1.1 扫描信号频率对C-V曲线的影响  54
      4.3.1.2 扫描时间对C-V曲线的影响  54-55
      4.3.1.3 扫描电压范围对C-V曲线的影响  55-56
    4.3.2 MFeOS结构中的铁电膜分压讨论与计算  56-57
    4.3.3 极化过程中开关比C~+的变化讨论  57
    4.3.4 极化过程中记忆窗口的变化讨论  57-58
  4.4 本章小结  58-59
五 总结与展望  59-60
参考文献  60-64
攻读硕士学位期间发表的论文  64-65
致谢  65-66

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 固体性质 > 电学性质
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