發(fā)布時(shí)間：2017-07-18 06:06

  本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于存儲(chǔ)器的PZT鐵電薄膜疲勞失效機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 鐵電存儲(chǔ)器 鐵電薄膜 疲勞失效 氧空位 漏電流

【摘要】：鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器(FRAM)因其具有諸多的優(yōu)點(diǎn)而成為備受矚目的下一代新型存儲(chǔ)器之一,但是由于其自身存在的疲勞、極化保持損失、印記等失效問(wèn)題大大制約了其發(fā)展和商業(yè)化應(yīng)用。其中尤其是疲勞失效和薄膜內(nèi)部存在氧空位缺陷密切相關(guān)。本文對(duì)疲勞進(jìn)程中鐵電薄膜表現(xiàn)出的疲勞現(xiàn)象進(jìn)行研究,對(duì)疲勞失效機(jī)理進(jìn)行理解和分析,并提出可提高鐵電存儲(chǔ)器的抗疲勞性的可行性方案。(1)在基于XRD光譜測(cè)試的傳統(tǒng)應(yīng)力測(cè)試方法上提出了一種新的應(yīng)力測(cè)試方法。其創(chuàng)新之處是并不需要通過(guò)傾斜X射線入射角以測(cè)得同一晶面在不同傾斜角下的面間距。通過(guò)與傳統(tǒng)方法測(cè)試結(jié)果的比較,新方法的可靠性得到了證實(shí)。同時(shí)對(duì)PZT鐵電薄膜內(nèi)部應(yīng)力進(jìn)行了評(píng)估,發(fā)現(xiàn)在疲勞進(jìn)程的前10秒矯頑電壓的變化趨勢(shì)一致且不受疲勞波形影響。分析表明這是由于薄膜內(nèi)部存在的應(yīng)力得到釋放導(dǎo)致的,并且在薄膜應(yīng)力完全釋放的理想狀態(tài)下,矯頑電壓值為0.6V。(2)對(duì)不同電壓范圍下的漏電流進(jìn)行分析,得到小電壓下的漏電流為歐姆導(dǎo)電機(jī)制,其是由載流子在外加電場(chǎng)作用下漂移導(dǎo)致的,并發(fā)現(xiàn)小電壓下漏電流隨著疲勞圈數(shù)的增加而增加,說(shuō)明在疲勞進(jìn)程中氧空位濃度增加。(3)外加不對(duì)稱或是頻率不同的疲勞波形將薄膜剩余極化和矯頑場(chǎng)在疲勞進(jìn)程中發(fā)生變化,分析得到不對(duì)稱程度較高或是低頻率的疲勞波形導(dǎo)致剩余極化下降更快,這是由于薄膜內(nèi)部氧空位產(chǎn)生速率更高導(dǎo)致的。當(dāng)使用不對(duì)稱的外加波形對(duì)樣品進(jìn)行疲勞時(shí),氧空位會(huì)在外加電場(chǎng)作用下朝界面處漂移,導(dǎo)致薄膜內(nèi)部的氧空位在上下界面處堆積的濃度存在差異,具體表現(xiàn)為正負(fù)剩余極化和矯頑電壓各自間大小不同,同時(shí)這種濃度上的差異將導(dǎo)致正負(fù)剩余極化各自的極化保持能力的不同。疲勞進(jìn)程中,氧空位在界面處濃度的增多導(dǎo)致退極化場(chǎng)的增大,進(jìn)而導(dǎo)致極化保持性能隨疲勞圈數(shù)的增加而減弱。(4)通過(guò)對(duì)疲勞作用導(dǎo)致薄膜熱效應(yīng)的分析,提出可以通過(guò)增加器件散熱來(lái)提高鐵電存儲(chǔ)器抗疲勞性的可行性方案。
【關(guān)鍵詞】：鐵電存儲(chǔ)器 鐵電薄膜 疲勞失效 氧空位 漏電流
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP333;TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 鐵電材料的概述9-11
• 1.2 鐵電存儲(chǔ)器11-13
• 1.3 鐵電薄膜的失效機(jī)制13-16
• 1.3.1 極化疲勞失效13-14
• 1.3.2 保持損失失效14-15
• 1.3.3 印記失效15-16
• 1.4 本課題的選題依據(jù)和主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 鐵電薄膜電學(xué)性能的介紹17-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)樣品和測(cè)試儀器的介紹17-18
• 2.2 電滯回線測(cè)試18-21
• 2.2.1 不同外加電壓對(duì)電滯回線的影響19-21
• 2.2.2 外加極化波形頻率對(duì)矯頑場(chǎng)的影響21
• 2.3 PUND測(cè)試21-23
• 2.4 漏電流測(cè)試23-26
• 2.4.1 歐姆導(dǎo)電機(jī)制23-24
• 2.4.2 肖特基導(dǎo)電機(jī)制24-25
• 2.4.3 其他導(dǎo)電機(jī)制25-26
• 2.5 極化保持特性測(cè)試26-30
• 2.5.1 不同極化強(qiáng)度的極化保持特性比較28-29
• 2.5.2 不同極化取向的極化保持特性比較29-30
• 2.6 電容電壓特性（C-V）曲線測(cè)試30-31
• 2.7 本章小結(jié)31-33
• 第3章 鐵電薄膜內(nèi)部應(yīng)力的評(píng)估33-41
• 3.1 薄膜應(yīng)力的傳統(tǒng)X射線衍射測(cè)試方法33-35
• 3.1.1 XRD測(cè)試基本原理33-34
• 3.1.2 XRD測(cè)試薄膜內(nèi)部應(yīng)力的傳統(tǒng)sin~2Ψ 方法34-35
• 3.2 薄膜應(yīng)力的新型測(cè)試方法35-38
• 3.3 鐵電薄膜內(nèi)部應(yīng)力的分析38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-41
• 第4章 鐵電薄膜疲勞失效的研究41-57
• 4.1 鐵電薄膜疲勞機(jī)制的研究現(xiàn)狀41-42
• 4.2 疲勞現(xiàn)象的測(cè)試42
• 4.3 疲勞特性對(duì)漏電流的影響42-44
• 4.3.1 疲勞特性對(duì)體電導(dǎo)率的影響43-44
• 4.4 疲勞特性對(duì)電滯回線的影響44-50
• 4.4.1 對(duì)稱疲勞波形下電滯回線的變化44-46
• 4.4.2 不對(duì)稱疲勞波形下電滯回線的變化46-48
• 4.4.3 氧空位的產(chǎn)生原理48-49
• 4.4.4 氧空位漂移速率及遷移率的擬合49-50
• 4.5 疲勞特性對(duì)保持特性的影響50-51
• 4.6 疲勞特性對(duì)CV特性的影響51-52
• 4.7 鐵電存儲(chǔ)器疲勞過(guò)程中的熱效應(yīng)52-55
• 4.8 本章小結(jié)55-57
• 結(jié)論57-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文63-65
• 致謝65

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