發(fā)布時間：2017-10-23 19:13

  本文關鍵詞：鐵電薄膜漏電流機理的第一性原理研究

  更多相關文章： 鐵電薄膜 氧缺陷 疇壁 漏電流 第一性原理

【摘要】：鐵電材料由于具有優(yōu)良的物理學性能而廣泛用于各種多功能電子器件,特別是鐵電存儲器。鐵電存儲器是一類非揮發(fā)性存儲器,它克服了傳統(tǒng)的存儲器的缺點。但由于鐵電失效問題,鐵電存儲器的發(fā)展速度一直很緩慢。而隨著鐵電薄膜的尺寸不斷減小,當其達到微米或納米數(shù)量級時,漏電流是引起鐵電薄膜鐵電失效的主要原因。鐵電薄膜漏電流直接關系到鐵電存儲器能否得到實際的應用,其相關研究一直是科學研究的熱點。影響鐵電存儲器漏電流的因素除了薄膜的厚度外還有很多,如界面、工藝溫度、缺陷和疇壁等。而在眾多因素中,最常見和所占比例最高的兩種因素是缺陷和疇壁。在本論文中,我們主要采用第一性原理計算方法,系統(tǒng)研究了缺陷和疇壁對鐵電薄膜漏電流的影響。首先,我們以Pb Ti O3鐵電薄膜材料為研究對象,研究了氧空位缺陷對漏電流的影響。研究發(fā)現(xiàn),氧空位缺陷很容易擴散至界面處,而且隨著氧空位缺陷往界面靠近,薄膜的漏電流逐漸增大。我們通過金屬陽離子摻雜發(fā)現(xiàn),Cu、V摻雜對氧空位缺陷有釘扎作用,并使其漏電流減小,而Fe、Al摻雜使其漏電流增大。但由于V的離子半徑比Cu更接近于Ti的離子半徑,所以V比Cu更容易摻入鐵電薄膜中。因此V更加適合用于摻雜抑制鐵電薄膜漏電流的大小。這一結論為抑制氧空位缺陷引起的漏電流找到了新的方法。其次,我們系統(tǒng)的研究了180°疇壁對鐵電薄膜漏電流的影響。研究表明垂直于電極的180°疇壁大大增加了鐵電薄膜的漏電流,而平行于電極的180°疇壁使鐵電薄膜中漏電流減小。通過計算透射系數(shù)和能帶結構,我們指出垂直于電極的180°疇壁漏電流增加的主要原因是180°疇壁引入了額外的電子輸運通道,且減小了鐵電薄膜的帶隙。我們的研究表明可以通過減少垂直于電極的180°疇壁或控制其疇壁的方向來抑制鐵電薄膜的漏電流,這些理論研究為提高鐵電儲存器的性能有著重要的理論指導意義。
【關鍵詞】：鐵電薄膜 氧缺陷 疇壁 漏電流 第一性原理
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 鐵電材料簡介9-11
• 1.3 鐵電存儲器的研究及其發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.3.1 鐵電存儲器的類型與應用11-12
• 1.3.2 鐵電存儲器的失效問題12-14
• 1.4 鐵電薄膜漏電流研究概述14-16
• 1.4.1 漏電流的導電機理14-15
• 1.4.2 漏電流的主要影響因素15-16
• 1.5 本論文的研究目的與意義16-17
• 第2章 基礎理論與計算方法17-22
• 2.1 第一性原理與密度泛函理論17-19
• 2.1.1 Hohenberg-Kohn理論17-18
• 2.1.2 Kohn-Sham方程18-19
• 2.1.3 交換關聯(lián)函數(shù)19
• 2.2 非平衡格林函數(shù)及輸運性質(zhì)的計算19-20
• 2.3 第一性原理計算軟件20-22
• 2.3.1 VASP軟件包20-21
• 2.3.2 ATK軟件21-22
• 第3章 氧空位缺陷對鐵電薄膜漏電流的影響及其調(diào)控22-29
• 3.1 引言22-23
• 3.2 計算方法與模型23
• 3.3 結果與討論23-27
• 3.3.1 氧空位缺陷對漏電流的影響23-25
• 3.3.2 陽離子摻雜對氧缺陷引起的漏電流的抑制25-27
• 3.4 結論27-29
• 第4章 疇壁對鐵電薄膜漏電流的影響29-38
• 4.1 引言29-30
• 4.2 垂直于電極的 180°疇壁對漏電流的影響30-34
• 4.2.1 計算方法與模型30-31
• 4.2.2 結果與討論31-34
• 4.3 平行于電極方向的 180°疇壁對漏電流的影響34-37
• 4.3.1 計算方法與模型34-35
• 4.3.2 結果與討論35-37
• 4.4 結論37-38
• 第5章 總結與展望38-40
• 5.1 工作總結38
• 5.2 工作展望38-40
• 參考文獻40-45
• 致謝45-46
• 個人簡歷、攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文46

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：1084939