發(fā)布時間：2017-08-15 01:26

  本文關(guān)鍵詞：界面和應(yīng)變對鐵電薄膜漏電流影響的第一性原理研究

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【摘要】：鐵電存儲器是一類具有良好應(yīng)用前景的非揮發(fā)性存儲器,同時也是促進鐵電材料發(fā)展的動力。但是對于鐵電存儲器而言,由鐵電失效帶來的可靠性問題是其發(fā)展的阻礙。鐵電失效主要包括疲勞、印記和保持性損失等。當薄膜的尺寸很小或達到納米級別時,漏電流是造成鐵電失效的主要原因之一,對于漏電流的調(diào)控一直是鐵電工作者研究的熱點。然而,漏電流影響因素的多樣性和導電機制的復雜性,使得對漏電流的研究帶來了一定的困難。隨薄膜制備技術(shù)的發(fā)展及器件的微型化趨勢,在眾多漏電流的影響因素中,界面和應(yīng)變效應(yīng)變得更加重要,同時,界面和應(yīng)變問題在薄膜制備時是必不可少的。在本論文中,采用第一性原理計算方法,研究了鐵電薄膜的界面和應(yīng)變對漏電流的影響,并得到了一定的調(diào)控規(guī)律,為薄膜界面及應(yīng)變工程提供了理論基礎(chǔ)。本論文的主要工作包括以下幾個方面:(1)以簡單鈣鈦礦鐵電體PbTiO3(PTO)為對象,采用第一性原理計算和非平衡格林函數(shù)結(jié)合的方法研究了不同電極對薄膜漏電流的影響。我們發(fā)現(xiàn)薄膜漏電流的大小不僅取決于電極的種類,也受界面終端的影響�？偟膩碚f,氧化物電極下薄膜的漏電流大于金屬電極下的漏電流;TiO2界面終端PTO的漏電流大于PbO終端時的漏電流。同時為了理解界面影響的本質(zhì),我們還研究了體系的界面勢壘,發(fā)現(xiàn)漏電流的大小很大程度上依賴于勢壘的變化,這為我們制備材料時的選材提供了一定的理論指導;(2)以PbTiO3(PTO)為對象,以SrTiO3(STO)為緩沖層,研究了緩沖層的加入對鐵電薄膜極化對稱性和漏電流的影響。發(fā)現(xiàn)STO緩沖層的引入會不同程度地破壞PTO薄膜的極化對稱性,使指向上表面的極化狀態(tài)更為穩(wěn)定。這種對稱性破缺是存儲器產(chǎn)生印記失效的一個原因,但對某些鐵電隧道結(jié)或壓電傳感器等器件而言,我們可以利用鐵電薄膜的極化非對稱性來優(yōu)化器件的性能。同時,對其漏電流的研究我們發(fā)現(xiàn),STO的加入使體系漏電流增大,這是由于相同條件下STO的漏電流比PTO的漏電流大很多;(3)以BaTiO3(BTO)為對象,研究了不同應(yīng)變對其極化強度及漏電流的影響。我們發(fā)現(xiàn)壓應(yīng)變增大c方向極化,減小漏電流;張應(yīng)變減小c方向極化,增大漏電流。研究表明雙軸平面應(yīng)變對鐵電薄膜的極化及漏電流具有一定的調(diào)控作用,通過適當?shù)膽?yīng)變效應(yīng)來改善薄膜性能是必要手段。
【關(guān)鍵詞】：鐵電薄膜 漏電流 界面效應(yīng) 應(yīng)變效應(yīng) 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】：2015
【分類號】：TB383.2;TP333
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 鐵電材料與鐵電薄膜9-12
• 1.1.1 鐵電體簡介9-11
• 1.1.2 鐵電存儲器及其失效問題11-12
• 1.2 鐵電薄膜漏電流研究概況12-15
• 1.2.1 漏電流的導電機制12-14
• 1.2.2 漏電流的影響因素14-15
• 1.3 鐵電薄膜的界面和應(yīng)變效應(yīng)15-18
• 1.3.1 鐵電薄膜的界面效應(yīng)15-16
• 1.3.2 鐵電薄膜的應(yīng)變效應(yīng)16-18
• 1.4 本論文的選題依據(jù)與研究內(nèi)容18-20
• 1.4.1 本論文的選題依據(jù)18
• 1.4.2 本論文的研究內(nèi)容18-20
• 第2章 密度泛函理論與第一性原理研究方法20-24
• 2.1 密度泛函理論20-22
• 2.1.1 密度泛函理論簡介20-21
• 2.1.2 交換關(guān)聯(lián)泛函21-22
• 2.2 格林函數(shù)方法與輸運電流22-23
• 2.3 本論文所用第一性原理計算軟件23-24
• 2.3.1 VASP軟件23
• 2.3.2 ATK軟件23-24
• 第3章 界面結(jié)構(gòu)對漏電流的影響24-30
• 3.1 引言24-25
• 3.2 計算方法與模型25
• 3.3 結(jié)果分析與討論25-29
• 3.3.1 電容結(jié)構(gòu)分析25-26
• 3.3.2 薄膜漏電流的計算26-27
• 3.3.3 界面勢壘與漏電流的關(guān)系27-29
• 3.4 結(jié)論29-30
• 第4章 緩沖層對鐵電薄膜極化對稱性及漏電流的影響30-42
• 4.1 引言30-31
• 4.2 緩沖層引起的極化對稱性破缺31-38
• 4.2.1 計算方法31
• 4.2.2 PbO終端體系下極化結(jié)果分析31-35
• 4.2.3 TiO_2終端體系下極化結(jié)果分析35-38
• 4.3 緩沖層對鐵電薄膜漏電流的影響38-40
• 4.3.1 計算方法及模型38
• 4.3.2 加入緩沖層后體系漏電流的計算38-40
• 4.4 結(jié)論40-42
• 第5章 外延應(yīng)變對漏電流的調(diào)控42-50
• 5.1 引言42
• 5.2 計算方法與模型42-43
• 5.3 結(jié)果討論與分析43-49
• 5.3.1 終端對鐵電薄膜極化強度及漏電流的影響43-45
• 5.3.2 外延應(yīng)變對鐵電薄膜極化強度及漏電流的影響45-47
• 5.3.3 不同相結(jié)構(gòu)下鐵電薄膜極化強度及漏電流的對比47-49
• 5.4 結(jié)論49-50
• 第6章 總結(jié)與展望50-52
• 6.1 論文總結(jié)50-51
• 6.2 工作展望51-52
• 參考文獻52-59
• 致謝59-60
• 個人簡歷、攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文60

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