当前位置:主页 > 科技论文 > 电子信息论文 >

晶粒取向和晶界对FeFET电学性能影响的相场模拟

发布时间:2018-11-13 13:40
【摘要】:铁电场效应晶体管(FeFET)存储器因其低功耗、高读写速度、非挥发性、抗辐射、高集成度和非破坏性读出等优点,被认为是最有潜力的下一代存储器之一。铁电薄膜作为FeFET存储器的核心部分,其性能决定了铁电存储器工作的可靠性。相比单晶铁电薄膜,多晶铁电薄膜要更容易制备,且多晶铁电薄膜在实验与实际应用中更为广泛。所以,对多晶铁电薄膜的模拟及其电学性能研究尤为必要。首先,晶粒取向分布和晶界厚度对多晶铁电薄膜的铁电性能具有一定的影响,进而会对多晶铁电薄膜的电学性能产生重要影响。其次,多晶铁电薄膜晶界处存在电荷聚集,将导致内建电场的产生,对多晶铁电薄膜的性能会产生影响。本文以金属/铁电/绝缘体/硅(MFIS)结构的FeFET为研究对象,运用相场方法结合金属/氧化物/半导体(MOS)场效应晶体管的基本器件方程,建立了FeFET的电学性能研究模型,主要研究了BaTiO3多晶铁电薄膜的晶粒取向和晶界对其FeFET电学性能的影响,具体研究内容和结果如下:(1)建立了多晶铁电薄膜的相场模型,研究了晶粒取向分布和晶界厚度等因素对多晶铁电薄膜铁电性能的影响。结果表明:晶粒取向的随机分布会导致BaTiO3多晶铁电薄膜的剩余极化减小,矫顽场减小;晶界会导致BaTiO3多晶铁电薄膜矫顽场的减小,随着晶界厚度的增加,BaTiO3多晶铁电薄膜的剩余极化逐渐减小。(2)利用所建立的多晶铁电薄膜的相场模型基础,考虑晶界处的电荷聚集,研究了晶界处电荷聚集对多晶铁电薄膜铁电性能的影响。结果表明:晶界处电荷聚集会在晶粒内部形成内建电场,影响BaTiO3多晶铁电薄膜的畴结构和畴变过程;随着电荷聚集强度的增大,铁电薄膜的剩余极化逐渐减小,矫顽场逐渐减小。(3)将多晶铁电薄膜的相场模型与标准MOS场效应晶体管的基本器件方程相结合,研究了晶粒取向、晶界厚度和晶界处电荷聚集等因素对FeFET电学性能的影响。结果表明:晶粒取向的随机分布会导致FeFET的剩余极化减小,存储窗口减小,开态源漏电流I_(ds)减小,关态源漏电流I_(ds)增大;随着晶界厚度的增加,FeFET的剩余极化逐渐降低,存储窗口减小,开态源漏电流I_(ds)减小,关态源漏电流I_(ds)增大;随着晶界处电荷聚集强度的增大,FeFET的剩余极化逐渐降低,存储窗口逐渐减小,开态源漏电流I_(ds)逐渐减小,关态源漏电流I_(ds)逐渐增大。
[Abstract]:Ferroelectric field effect transistor (FeFET) memory is considered to be one of the most promising next generation memory due to its advantages of low power consumption, high read / write speed, non-volatile, radiation resistant, high integration and non-destructive readout. Ferroelectric thin film is the core part of FeFET memory, and its performance determines the reliability of ferroelectric memory. Compared with single crystal ferroelectric thin film, polycrystalline ferroelectric thin film is easier to be prepared, and the polycrystalline ferroelectric thin film is widely used in experiment and practice. Therefore, it is necessary to study the simulation and electrical properties of polycrystalline ferroelectric thin films. Firstly, the distribution of grain orientation and the thickness of grain boundary have a certain influence on the ferroelectric properties of polycrystalline ferroelectric thin films, and then have an important effect on the electrical properties of polycrystalline ferroelectric thin films. Secondly, the charge accumulation at the grain boundary of the polycrystalline ferroelectric thin films will lead to the generation of the built-in electric field, which will affect the properties of the polycrystalline ferroelectric thin films. In this paper, the FeFET with metal / ferroelectric / insulator / silicon (MFIS) structure is taken as the research object, and the electrical performance model of FeFET is established by combining the basic device equation of metal / oxide / semiconductor (MOS) field effect transistor with the phase field method. The effects of grain orientation and grain boundary on the electrical properties of BaTiO3 polycrystalline ferroelectric thin films are studied. The main contents and results are as follows: (1) the phase field model of polycrystalline ferroelectric thin films is established. The effects of grain orientation distribution and grain boundary thickness on the ferroelectric properties of polycrystalline ferroelectric thin films were studied. The results show that the random distribution of grain orientation leads to the decrease of residual polarization and coercive field of BaTiO3 polycrystalline ferroelectric thin films. Grain boundary will lead to the decrease of coercive field of BaTiO3 polycrystalline ferroelectric thin films. With the increase of grain boundary thickness, the residual polarization of BaTiO3 polycrystalline ferroelectric thin films will gradually decrease. (2) based on the phase field model of polycrystalline ferroelectric thin films, The effect of charge aggregation at grain boundary on ferroelectric properties of polycrystalline ferroelectric thin films was studied. The results show that the charge accumulation at grain boundary will form an internal electric field in the grain, which will affect the domain structure and domain switching process of BaTiO3 polycrystalline ferroelectric thin films. With the increase of charge aggregation intensity, the residual polarization and coercive field of ferroelectric thin films decrease gradually. (3) the phase field model of polycrystalline ferroelectric thin films is combined with the basic device equations of standard MOS field-effect transistors. The effects of grain orientation, grain boundary thickness and charge aggregation at grain boundary on the electrical properties of FeFET were investigated. The results show that the random distribution of grain orientation results in the decrease of residual polarization of FeFET, the decrease of storage window, the decrease of open source leakage current I _ (ds), and the increase of off state source drain current I _ (ds). With the increase of grain boundary thickness, the residual polarization of FeFET decreases gradually, the storage window decreases, the open source leakage current I _ (ds) decreases, and the off-state source drain current I _ (ds) increases. With the increase of charge aggregation intensity at grain boundaries, the residual polarization of FeFET decreases, the storage window decreases, the open source drain current I _ (ds) decreases, and the off-state source drain current I _ (ds) increases.
【学位授予单位】:湘潭大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN386;TP333;TM221

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈志武;卢振亚;;铁电薄膜材料及其相关问题研究进展[J];材料导报;2005年05期

2 游娜;张现军;王胜平;;铁电薄膜的厚度对其相变性质的影响[J];电子科技;2010年09期

3 孟令健;王鹏;李雷;;铁电薄膜材料综述[J];科技信息;2011年15期

4 张之圣,李海燕,胡明;铁电薄膜的制备方法[J];仪器仪表学报;2002年S1期

5 张鲁殷,胡晓君;铁电薄膜的制备及其在器件中的应用[J];山东科技大学学报(自然科学版);2002年02期

6 杨艳;张树人;刘敬松;张洪伟;刘蒙;;铁电薄膜漏电流研究现状[J];绝缘材料;2006年04期

7 宁平凡;崔彩娥;黄平;康爱国;郝虎在;;循环电场下钙钛矿铁电薄膜的极化疲劳机制[J];人工晶体学报;2009年06期

8 李惠琴;刘敬松;;铁电薄膜及其在存储器件中的应用研究现状[J];材料导报;2009年S1期

9 张修丽;张燕妮;徐海生;刘长利;;有机铁电薄膜的研究进展[J];材料导报;2010年21期

10 张芹;郭言利;;梯度铁电薄膜性质研究[J];北华大学学报(自然科学版);2010年06期

相关会议论文 前10条

1 朱建国;肖定全;刘洪;朱基亮;;多层纳米铁电薄膜介电增强机理[A];TFC’09全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2009年

2 周易春;;无铅铁电薄膜及其存储器的制备和失效行为[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年

3 周益春;;存储器用铁电薄膜:制备,力学性能和失效[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

4 路晓艳;曹文武;;超薄铁电薄膜中临界厚度附近的压电效应及其稳定性[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

5 王彪;;纳米铁电薄膜及其相关材料相变性能的尺寸效应研究[A];第二届全国压电和声波理论及器件技术研讨会摘要集[C];2006年

6 田雪雁;徐征;;铁电薄膜退火方法的研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(2)[C];2007年

7 蒋丽梅;周益春;杨娇;;铁电薄膜漏电流应变调控的热力学模拟[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

8 侯识华;宋世庚;郑应智;马远新;郑毓峰;;掺锰PLZT铁电薄膜的制备及其电学性质研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年

9 陈秀丽;刘来君;樊慧庆;;钛表面外延生长弛豫铁电薄膜水热工艺研究[A];第六届全国表面工程学术会议暨首届青年表面工程学术论坛论文集[C];2006年

10 朱信华;洪建明;李爱东;朱健民;吴迪;周舜华;李齐;刘治国;闵乃本;;层状钙钛矿铁电薄膜的层错结构研究[A];第十一次全国电子显微学会议论文集[C];2000年

相关博士学位论文 前10条

1 程小荣;基于铁电薄膜的光解水光阴极制备与特性研究[D];苏州大学;2016年

2 宋东坡;Bi_6Fe_2Ti_3O_(18)铁电薄膜溶液法制备及其性能研究[D];中国科学技术大学;2016年

3 王趱;γ-射线辐照及掺杂对铋基铁电薄膜性能影响的研究[D];沈阳工业大学;2016年

4 张林兴;铅铋基钙钛矿铁电薄膜的制备与电学性能研究[D];北京科技大学;2017年

5 成宏卜;钙钛矿型铁电薄膜微观结构与电机械性能的关系探讨[D];山东大学;2017年

6 陈辉;电极和结构过渡层对铁电薄膜介电及热释电性质的影响[D];哈尔滨工业大学;2008年

7 陈志辉;铁电薄膜制备及新型铁电存储器研究[D];复旦大学;2013年

8 蒋丽梅;挠曲电耦合下铁电薄膜电畴演变及应变调控[D];湘潭大学;2014年

9 张芹;铁电薄膜极化性质的理论研究[D];吉林大学;2011年

10 孙普男;铁电薄膜的静态特性及动态介电特性的结构过渡层效应[D];哈尔滨工业大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 许保磊;晶粒取向和晶界对FeFET电学性能影响的相场模拟[D];湘潭大学;2017年

2 邹宇宏;通过纳米颗粒掺杂及机械弯曲形变调控P(VDF-TrFE)铁电薄膜的电光性能[D];南京理工大学;2015年

3 王晓凤;基于铁电薄膜太阳能电池的性质研究[D];苏州大学;2015年

4 张鹏;锆钛酸铅铁电薄膜的光伏性能研究[D];苏州大学;2015年

5 李飞;掺杂PZT基铁电薄膜的制备及其光伏性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 朱典全;微带天线加载BST铁电薄膜可重构技术研究[D];电子科技大学;2014年

7 欧欣;钛酸钡与铌酸钠钾薄膜中极化诱导的阻变行为研究[D];南京大学;2014年

8 林亚丽;PHT铁电薄膜的制备与性能研究[D];电子科技大学;2015年

9 李男男;P(VDF-TrFE)铁电薄膜的制备及性能表征[D];哈尔滨工业大学;2015年

10 吴诗捷;Hf_xZr_((1-x))O_2铁电薄膜的制备与电性能研究[D];电子科技大学;2015年



本文编号:2329281

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2329281.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户60931***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com