【摘要】：隨著科技的不斷進步,人們進一步加強了外太空的探索,使得航天航空存儲器件的抗輻射性能變得越來越重要。鐵電存儲器具有操作電壓低,讀寫速度快和非揮發(fā)性存儲等優(yōu)點,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用前景。研究輻照條件下鐵電材料的性能,是掌握鐵電存儲器抗輻照性能的關鍵。目前,人們從實驗和理論方面對鐵電材料或器件的輻射效應開展了大量的研究,但是,從微觀結構針對鐵電材料輻射條件下性能退化的研究相當匱乏�；诖�,本論文使用蒙特卡洛方法計算了不同能量及不同角度H~+質子電離輻射對鐵電存儲器(以MFIS型鐵電場效應晶體管為例)中鐵電薄膜的輻射損傷;同時,運用相場模擬方法建立了MFIS結構鐵電效應晶體管(FeFET)鐵電層疇結構的理論模型,并掌握了不同能量及角度H~+質子入射FeFET時,鐵電薄膜疇結構在外場下的演化過程;通過建立標準器件模型,計算出了不同能量及角度H~+質子輻射FeFET電學性能的變化過程,并總結出了輻射條件下FeFET電學性能的退化規(guī)律。具體研究內容如下:(1)運用蒙特卡洛方法研究了Pt/BaTiO_3/SiO_2/Si結構FeFET中鐵電薄膜在質子H~+電離輻射作用下的損傷情況。模擬結果表明:入射能量為10~100 keV時,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移到薄膜內部,最后再轉移到薄膜與絕緣層的界面;入射角度為0~75°時,隨著入射角度的增加,同一能量下BaTiO_3薄膜內部損傷的位置將會發(fā)生內移,主要原因是入射能量越大穿透能力越強,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結構FeFET的相場模型。研究了界面厚度、內建電場、氧空位、界面應變以及頻率等因素對鐵電薄膜鐵電性能的影響。模擬結果表明:上述因素會對BaTiO_3鐵電薄膜的疇結構產生影響,主要為疇壁的移動,疇類型的轉變。(3)將相場模型與MOS器件方程相結合,研究了界面厚度、內建電場、氧空位和界面應變等因素對FeFET電學性能的影響。結果表明:(a)隨著界面厚度的增加,FeFET開態(tài)電流略微減小,關態(tài)電流略微增大;(b)隨著內建電場及氧空位的增加,FeFET的剩余極化、矯頑場、存儲窗口、開態(tài)電流以及開關比會減小,而關態(tài)電流會增加;(c)隨著界面應變的增加,FeFET的剩余極化、矯頑場、開態(tài)電流均增加,關態(tài)電流則減小;與此同時,隨著氧空位濃度的增加,FeFET剩余極化、矯頑場和存儲窗口基本保持不變,開態(tài)電流則會稍微減小。
【圖文】：

圖 1.1 BaTiO3的晶胞結構材料另一個重要的宏觀特征，其極化強度 P 與外電極板和鐵電材料構成的鐵電電容施加外電場方向最大值均勻變化，其極化強度 P 沿著曲線，極化強度為 Pr，此時的極化強度為剩余極化強方向最大值均勻變化，其極化 P 沿著曲線 defa Ed增加到零時，極化強度為-Pr，此時的極化強度為零時，此時所施加的電場為 Ec，即矯頑場所需要提供的最小電場。

圖 1.1 BaTiO3的晶胞結構電材料另一個重要的宏觀特征，，其極化強度 P 與外電以電極板和鐵電材料構成的鐵電電容施加外電場 Ed負方向最大值均勻變化，其極化強度 P 沿著曲線 ab時，極化強度為 Pr，此時的極化強度為剩余極化強度正方向最大值均勻變化，其極化 P 沿著曲線 defa 變當 Ed增加到零時，極化強度為-Pr，此時的極化強度強度為零時，此時所施加的電場為 Ec，即矯頑場：時所需要提供的最小電場。
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V443;TB383.2

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本文編號：2674323