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含Bi化合物铁电薄膜的阻变特性和电畴侧向运动

作　者: 陈闽川
导　师: 江安全
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 铁电存储器 铁电阻变效应 极化反转 周边铁电电畴
分类号: O484.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近年来,铁电存储器因具有读写速度快、低功耗和存储密度高等优点而受到广泛关注。然而,基于电容结构的铁电存储器有很多限制,比如电容面积太大以影响到存储器向千兆位密度器件的升级,另外在破坏性读出之后还需要一个恢复脉冲。近来,利用两个相反的极化电压来实现铁电二极管在高低阻态之间转变,从而达到对二进制数据的非破坏性读出。这种存储方法具有很多重要性质,比如采用电畴极化反转机制可以使存储器实现超快的工作速度,同时具有很高的正反两向的阻值比率。大多数电阻转变效应是利用某种缺陷(离子或者电子)运动作为导电介质来实现。因此很难精确地对电阻转变进行控制。然而,铁电阻变效应是基于内部铁电电畴的极化反转来调控电阻,并没有发生带电缺陷的迁移。所以这种方式较之以缺陷运动为介质的导电机制具有实质上的优越性,它能够满足高可靠性要求,从而实现商业应用。在这项工作中,我们制备了BiFeO3/SrRuO3/SrTiO3的单元结构,通过压电力显微镜(PFM)和导电原子力显微镜(C-AFM),证实铁电性与导电性共同存在单一相中,通过铁电畴取向可以调制它的导电性能。在高密度1T1C型铁电随机存储器中,每个存储单元可通过上下电极的两组相互成90°的平行金属杆所形成的交叉区域获得。读和写操作,通过在选中的上下电极金属杆上施加电压的方法来极化单位电容。在被选中的存储单元的周边区域,虽然没有电极覆盖,但是这一区域的铁电薄膜仍然会被读写的脉冲电压极化,从而发生电畴反转。为了避免相邻存储单元的这种串扰现象,我们估算了不同尺寸的Pt/SrBi2Ta2O9/Pt薄膜电容间的安全距离。在施加不同频率和幅值的电压下,我们同时研究了随着集成密度增大的Pt/SrBi2Ta2O9/Pt薄膜电容存储单元的极化疲劳特性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
第一章 引言  8-20
  1.1 铁电体材料概述  8-9
  1.2 钙钛矿结构铁电材料简介  9-10
  1.3 多铁性材料概述  10-13
    1.3.1 铁电性  11
    1.3.2 铁磁性  11-12
    1.3.3 铁弹性  12-13
  1.4 多铁性薄膜材料铁酸铋简介  13-14
  1.5 阻变存储器简介及其研究现状  14-18
    1.5.1 阻变存储器的材料体系  15-16
    1.5.2 阻变存储器的阻变机制  16-18
    1.5.3 阻变存储器的研究现状  18
  1.6 本论文研究的背景意义  18-20
第二章 铁电薄膜的制备工艺及分析方法  20-35
  2.1 铁电薄膜的制备工艺  20-23
    2.1.1 溶胶-凝胶法  20-22
    2.1.2 溅射法  22
    2.1.3 脉冲激光沉积(PLD)法  22-23
    2.1.4 化学气相沉积(CVD)法  23
    2.1.5 激光分子束外延法  23
  2.2 铁电薄膜的分析方法  23-35
    2.2.1 相结构XRD分析  23-24
    2.2.2 扫描电镜分析  24-26
    2.2.3 原子力显微镜分析  26-32
    2.2.4 电学测量分析  32-35
第三章 铁酸铋薄膜的阻变特性及微区测试与分析  35-52
  3.1 引言  35
  3.2 铁酸铋薄膜的制备工艺与分析  35-40
    3.2.1 铁酸铋薄膜的制备  35-37
    3.2.2 铁酸铋薄膜的XRD测试分析  37-38
    3.2.3 铁酸铋薄膜的表面形貌测试  38-40
  3.3 铁酸铋薄膜的压电性能测试  40-44
  3.4 铁酸铋薄膜的电阻转变性能测试  44-50
    3.4.1 Ⅰ-Ⅴ特性曲线测试  45-49
    3.4.2 电流分布图像  49-50
  3.5 本章小结  50-52
第四章 Pt/SrBi_2Ta_2O_9/Pt薄膜电容周边电畴的极化反转与疲劳特性研究  52-59
  4.1 引言  52-53
  4.2 Pt/SrBi_2Ta_2O_9/Pt薄膜电容的制备  53
    4.2.1 SrBi_2Ta_2O_9前体溶液的配置  53
    4.2.2 SrBi_2Ta_2O_9薄膜的制备方法  53
    4.2.3 电极的制备方法  53
  4.3 Pt/SrBi_2Ta_2O_9/Pt薄膜电容相邻单元最小安全距离的测量和计算  53-56
  4.4 Pt/SrBi_2Ta_2O_9/Pt薄膜电容极化疲劳特性的测量与分析  56-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章 全文总结  59-60
参考文献  60-63
攻读硕士期间发表的论文情况  63-64
致谢  64-65

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的性质
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