氧化铪基薄膜铁电性起源的第一性分子动力学研究

发布时间：2024-03-21 03:43

　　铁电存储器因其超强的抗辐射性能、高速、宽温域、低功耗、长寿命的特点,使其具有巨大的潜力和非常大的应用需求。HfO₂基铁电材料作为一种全新的、与硅工艺平台完全兼容的铁电材料,它的发现能够突破铁电存储器发展的技术瓶颈。虽然HfO₂基铁电薄膜的性能具有显著的优点,但是目前HfO₂基铁电存储器在国际上仍停留于实验室阶段。这主要是由于HfO₂基铁电薄膜铁电性起源机理较为复杂,人们对HfO₂基薄膜的铁电性能调控规律认识不够。本论文采用第一性原理分子动力学计算方法研究了应力/应变下HfO₂铁电相的形成机理和极化翻转性能。本论文取得的研究成果包括以下几个方面:(1)温度和静水压力对HfO₂和Hf_0.5Zr_0.5O₂的相变的影响。研究发现,在大气压下,随着温度的升高,HfO₂在1900 K和2700K时分别从单斜相转变到四方相,进而到立方相。而在室温下随着静水压的增...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.2铁电薄膜电滞回线的疲劳

子由于半径大，电价低，所以处于氧八面体之间的间钙(Ca)等。而B离子半径小，电价高，一般位于氧Zr)、钽(Ta)等[4]。不同A，B的组合，得到的铁电性还可以被各种离子复合取代，使得其铁电性能有很电体凭借其种类多，结构简单，使得其在工业上有广矿结构铁电体有锆钛酸铅(PZT....

图1.3HfO2温度作用下的相结构，其中红色的原子为O，蓝色的原子为Hf

铁电场效应晶体管[15-17]、负电容场效应晶体管等方面都具有广泛的应用前景[18]。并且很有希望打破传统铁电材料的发展瓶颈，推动铁电存储器的发展再上一个新的台阶。但目前HfO2基铁电存储器还无法投入商用，主要还是由于研究得到的性能还达不到商用的要求，使得对HfO2基铁电存储....

图3.1HfO2单斜相2×2×2超胞升温示意图

应力对HfO2和Hf0.5Zr0.5O2相稳定性的间步长为1fs，将HfO2单斜相超胞00K，升温间隔为200K，每个阶梯下HfO2的结构达到平衡状态。

图3.2HfO2在不同温度下的相变过程

19图3.2HfO2在不同温度下的相变过程。(a)和(b)分别给出了晶胞在温度和无应力条件下的角度和晶格参数。通过观察HfO2晶格常数的变化和晶胞角度的变化，得到如图3.2(a)和3.2(b)所示HfO2在升温过程中的相变过程，图中对应的各相的单胞原子结构。图3.2....

本文编号：3933775