铁电隧道结的电致阻变效应及其铁电层厚度对隧穿机制的影响

发布时间：2020-12-03 07:10

　　随着集成电路技术和二维材料加工工艺的飞速进步,人们已经将传统半导体器件的特征尺寸缩小到纳米量级,尤其以台积电等国际大厂为代表的产业界,已经开始大规模采用7 nm工艺并已实现晶圆的量产。然而,随着器件特征尺寸的进一步缩小,物理极限所带来的量子隧穿等非理想效应,却给产业界带来了不小的难题,特别是在存储器领域。寻找传统硅材料的替代品以适应更小器件尺寸、更高集成度、更稳定性能的要求,已成为业内共识。铁电材料作为一种广泛存在且种类丰富的潜在替代材料,由于其特有的电滞回线现象,越来越受到研究者们的关注。本文正是基于这个背景下开展了以BaTiO₃为铁电功能层、LaNiO₃和SrRuO₃为底电极的铁电隧道结的制备及性能表征研究。采用脉冲激光沉积技术制备出表面平整、界面清晰、成相良好的外延薄膜,不同功能层堆叠形成铁电隧道结器件,通过X射线衍射、原子力显微镜和压电力显微镜等各项表征和电学性能测试,获得了性能稳定,重复性良好的铁电隧道结器件,观测到高达10³的开关比;并且,就铁电层厚度对隧道结器件性能的影响做了详细研究,... 

【文章来源】：青岛大学山东省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 铁电性与铁电材料
        1.1.1 铁电体及其发展
        1.1.2 钙钛矿型铁电体
        1.1.3 铁电性的重要特征
    1.2 铁电性在存储领域的应用
        1.2.1 传统存储器
        1.2.2 铁电材料在存储器中的应用
    1.3 铁电隧道结概述
        1.3.1 纳米尺度下的铁电性
        1.3.2 铁电隧道结原理及发展
第二章 薄膜制备、表征及相关实验方法
    2.1 薄膜的主要制备方法
        2.1.1 磁控溅射（Magnetron Sputtering）
        2.1.2 脉冲激光沉积（Pulsed Laser Deposition）
    2.2 薄膜分析方法
        2.2.1 X射线测试技术
        2.2.2 原子力显微镜（Atomic Force Microscope）
        2.2.3 压电力显微镜（Piezoresponse Force Microscope）
    2.3 固相烧结法
第三章 PLD生长工艺探索
    3.1 薄膜样品生长
3 薄膜生长工艺">        3.1.1 LaNiO₃ 薄膜生长工艺
3 薄膜生长工艺">        3.1.2 SrRuO₃ 薄膜生长工艺
3 铁电隧道结生长工艺">        3.1.3 BaTiO₃ 铁电隧道结生长工艺
    3.2 隧道结X射线测试结果
        3.2.1 X射线反射（XRR）膜厚测量
        3.2.2 XRD物相表征
    3.3 TEM界面微结构表征
3 铁电隧道结的铁电性及隧穿电致阻变效应">第四章 BaTiO₃ 铁电隧道结的铁电性及隧穿电致阻变效应
    4.1 铁电超薄膜PFM表征
        4.1.1 隧道结铁电层畴结构
        4.1.2 铁电超薄膜的铁电保持特性
        4.1.3 极化翻转与阻变效应的联系
3 隧道结的电致阻变效应">    4.2 BaTiO₃ 隧道结的电致阻变效应
        4.2.1 理论模型
        4.2.2 不同厚度隧道结电学性能测试及拟合
        4.2.3 J-V曲线拟合及输运分析
3 隧道结的保持及翻转性能改善">    4.3 BaTiO₃ 隧道结的保持及翻转性能改善
        4.3.1 界面调控
        4.3.2 内建电势调控
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的研究成果
致谢



本文编号：2896177