發(fā)布時間：2017-08-18 13:45

  本文關(guān)鍵詞：微觀結(jié)構(gòu)對鐵電電疇影響機理的相場理論研究

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【摘要】：非易失性鐵電存儲器因其優(yōu)良的特性而有著廣泛的應(yīng)用前景,被認(rèn)為是最有潛力的存儲裝置。但是鐵電存儲器也存在一系列亟待解決的失效問題,主要包括疲勞、印記及保持性能損失。鐵電存儲器的失效現(xiàn)象本質(zhì)上與鐵電薄膜的極化(疇結(jié)構(gòu))有關(guān)。因此要解決鐵電存儲器的可靠性問題,就必須要研究影響鐵電薄膜疇結(jié)構(gòu)演化的因素及其內(nèi)在的影響機理。界面失配應(yīng)變、位錯等微觀結(jié)構(gòu)會對鐵電薄膜的疇結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要的影響。關(guān)于界面失配應(yīng)變,已有的研究表明鐵電材料界面的失配應(yīng)變會對疇壁產(chǎn)生影響,但其影響的內(nèi)部機理尚不明確,需要進(jìn)一步研究。位錯作為一種常見的缺陷,通常會是極化翻轉(zhuǎn)過程中新疇的潛在成核點,這是因為位錯附近存在較大的應(yīng)變梯度,應(yīng)變梯度與極化通過撓曲電效應(yīng)發(fā)生耦合產(chǎn)生撓曲電極化,從而對鐵電薄膜疇結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的影響。但已有的位錯相場理論模型中,并沒有考慮撓曲電效應(yīng),因此需要對模型進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。本論文的主要工作包括以下幾個方面:(1)建立了基于有限元的相場模型。在本文的模型中,失配應(yīng)變是直接施加于界面處。利用此模型研究了界面失配應(yīng)變對疇壁移動、傾斜角變化、應(yīng)變梯度及疇壁能的影響,證明了界面失配應(yīng)變對疇的形狀、疇壁性能具有調(diào)控作用。(2)建立了位錯相場模型,并在此模型基礎(chǔ)上考慮撓曲電效應(yīng)的影響,對已有模型進(jìn)行修正。研究了不同的撓曲電系數(shù)11f、12f、44f單獨和組合作用時位錯對極化的影響。模擬結(jié)果與實驗結(jié)果對比發(fā)現(xiàn),綜合考慮三種撓曲電耦合方式時,位錯對疇結(jié)構(gòu)的作用效果與實驗吻合。而不考慮或者只考慮其中一種或兩種時,模擬得到的結(jié)果要弱于實驗結(jié)果。(3)以Pb(Zr0.1Ti0.9)O3(PZT)為研究對象,研究了考慮撓曲電效應(yīng)時單個位錯對極化的影響。分別考慮了位錯存在于界面處的單疇中、薄膜內(nèi)的單疇中、90o疇a疇中、90o疇c疇中幾種情況。研究表明在位錯的位置,新的疇會形成。(4)研究了考慮撓曲電效應(yīng)時,周期位錯對極化和極化響應(yīng)的影響。分別研究了處于界面處的單疇中、薄膜內(nèi)的單疇中、90o疇中的周期位錯對極化的影響。結(jié)果表明在撓曲電效應(yīng)的影響下,多個位錯會對極化產(chǎn)生很大的釘扎作用,從而導(dǎo)致薄膜的極化翻轉(zhuǎn)變得困難以及剩余極化的減小。
【關(guān)鍵詞】：鐵電薄膜 界面失配應(yīng)變 位錯 相場模擬 撓曲電耦合效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM221;TP333
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-23
• 1.1 鐵電材料及鐵電存儲器概述9-15
• 1.1.1 鐵電材料簡介9-11
• 1.1.2 鐵電存儲器分類及優(yōu)勢11-14
• 1.1.3 鐵電存儲器的失效問題及產(chǎn)生原因14-15
• 1.2 鐵電存儲器內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)的影響機理及研究現(xiàn)狀15-21
• 1.2.1 鐵電薄膜界面失配應(yīng)變的影響機理及研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 鐵電薄膜位錯的影響機理及研究現(xiàn)狀16-21
• 1.3 本論文的選題依據(jù)和主要內(nèi)容21-23
• 1.3.1 本論文的選題依據(jù)21-22
• 1.3.2 本論文的主要內(nèi)容22-23
• 第2章 有限元計算方法與相場理論介紹23-34
• 2.1 相場理論及經(jīng)典相場模型建立23-26
• 2.1.1 經(jīng)典相場理論簡介23-24
• 2.1.2 經(jīng)典相場模型建立24-26
• 2.2 撓曲電效應(yīng)相場模型建立26-29
• 2.2.1 撓曲電耦合效應(yīng)簡介26-28
• 2.2.2 撓曲電相場模型建立28-29
• 2.3 有限元方法29-32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 第3章 失配應(yīng)變對鐵電薄膜 90o 疇結(jié)構(gòu)的影響34-40
• 3.1 鐵電薄膜失配應(yīng)變相場模型建立34-35
• 3.1.1 幾何模型、邊界條件及鐵電薄膜材料參數(shù)34-35
• 3.1.2 有限元離散35
• 3.2 模擬結(jié)果與討論35-39
• 3.3 本章小結(jié)39-40
• 第4章 位錯相場模型的建立40-49
• 4.1 僅考慮壓電效應(yīng)的位錯相場模型40-43
• 4.1.1 幾何模型與邊界條件40-41
• 4.1.2 有限元離散41
• 4.1.3 模擬結(jié)果41-43
• 4.2 考慮撓曲電效應(yīng)的位錯相場模型43-48
• 4.2.1 考慮撓曲電效應(yīng)的位錯相場模型建立44
• 4.2.2 有限元離散44-45
• 4.2.3 模擬結(jié)果與分析討論45-48
• 4.3 本章小結(jié)48-49
• 第5章 單位錯對鐵電薄膜疇結(jié)構(gòu)的影響49-59
• 5.1 引言49
• 5.2 模型建立49-51
• 5.3 計算結(jié)果與討論51-57
• 5.3.1 不同取向的界面位錯對單c疇結(jié)構(gòu)的影響51-52
• 5.3.2 薄膜內(nèi)部不同取向的位錯對單c疇結(jié)構(gòu)的影響52-54
• 5.3.3 薄膜內(nèi)部位錯對多疇結(jié)構(gòu)的影響54-57
• 5.4 本章小結(jié)57-59
• 第6章 周期位錯對鐵電薄膜疇結(jié)構(gòu)及極化響應(yīng)的影響59-68
• 6.1 引言59
• 6.2 模型建立59-60
• 6.3 計算結(jié)果與討論60-67
• 6.3.1 界面周期位錯對單c疇結(jié)構(gòu)的影響60-62
• 6.3.2 薄膜內(nèi)周期位錯對單c疇結(jié)構(gòu)影響62-64
• 6.3.3 薄膜內(nèi)部周期位錯對多疇結(jié)構(gòu)影響64-66
• 6.3.4 周期位錯對鐵電薄膜極化響應(yīng)影響66-67
• 6.4 本章小結(jié)67-68
• 第7章 總結(jié)與展望68-70
• 7.1 論文總結(jié)68-69
• 7.2 研究展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-75
• 附錄：刃型位錯的應(yīng)力場75-83
• 致謝83-84
• 個人簡歷與在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文84

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本文編號：694913