BaTiO 3 基铁电二极管的制备及其非挥发存储性能研究

发布时间：2023-04-25 03:59

　　铁电阻变存储是下一代非易失存储器中的重要组成,由于其高存储密度,极快的读写速度以及非破坏性读出的优势,吸引了众多研究者关注。一般来说,铁电阻变存储单元是由上下两层金属性电极与中间的铁电薄膜组成三明治结构。铁电二极管就是其中一类,它利用铁电层的自发极化调控界面处的肖特基势垒和器件的输运特性。自1994年Blom等人首次发现界面处肖特基诱导的阻变现象以来,铁电二极管已经取得了巨大发展。然而铁电二极管较小的开关比一直制约其发展,提高阻变开关比成为众多研究者努力的方向。针对上述问题,我们采用掺杂的方式改变铁电材料缺陷分布与界面处势垒形貌,调控了铁电二极管的阻变性能。主要研究内容分为以下三部分:(1)BaTiO₃铁电二极管制备及优化。我们采用脉冲激光技术制备金属氧化物底电极及铁电薄膜,并探索高质量薄膜的生长参数及微结构优化过程,通过X射线衍射及原子力显微镜测试薄膜外延质量,利用X射线反射确定外延薄膜厚度。(2)BaTiO₃铁电二极管阻变特征表征。通过控制沉积铁电薄膜过程中的激光脉冲数,制备出不同铁电层厚度的铁电二极管,测试其阻变性能,分析不同厚度下输运...

【文章页数】：57 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 铁电材料
        1.1.1 铁电体
        1.1.2 钛酸钡(BaTiO₃)
    1.2 新型存储器
    1.3 铁电阻变存储
        1.3.1 铁电存储器
        1.3.2 铁电阻变存储器
    1.4 铁电二极管研究现状
    1.5 本论文研究目的、意义及章节安排
第二章 样品制备技术及测试方法
    2.1 薄膜制备方法
        2.1.1 脉冲激光沉积技术
        2.1.2 磁控溅射技术
    2.2 样品表征方法
        2.2.1 X射线衍射技术
        2.2.2 X射线反射技术
        2.2.3 原子力显微镜
    2.3 性能测试方法
        2.3.1 阻变测试
        2.3.2 铁电性能
第三章 氧化物薄膜制备及优化
    3.1 衬底处理
    3.2 靶材制备
    3.3 SrRuO₃薄膜生长条件优化
        3.3.1 氧分压对SrRuO₃薄膜质量影响
        3.3.2 衬底温度对SrRuO₃薄膜质量影响
        3.3.3 激光能量密度对SrRuO₃薄膜质量影响
        3.3.4 激光频率对SrRuO₃薄膜质量影响
        3.3.5 SrRuO₃薄膜厚度测定及物相表征
    3.4 BaTiO₃/SrRuO₃/SrTiO₃异质结构生长条件优化
        3.4.1 BaTiO₃/SrTiO₃异质结构制备
        3.4.2 BaTiO₃/SrRuO₃/SrTiO₃生长氧分压及温度优化
        3.4.3 BaTiO₃生长激光频率影响
        3.4.4 BaTiO₃薄膜厚度测定
    3.5 顶电极的生长
第四章 BaTiO₃铁电二极管阻变性能探索
    4.1 不同厚度BaTiO₃铁电二极管的阻变特性
        4.1.1 底电极测试
        4.1.2 初态测试
        4.1.3 J-V回滞曲线
    4.2 不同厚度BaTiO₃铁电二极管阻变机制探索
        4.2.1 初态分析
        4.2.2 J-V曲线分析
第五章 离子掺杂对BaTiO₃铁电二极管的性能优化
    5.1 掺杂BaTiO₃铁电二极管的制备
    5.2 铁电性能研究
    5.3 阻变特性测试
    5.4 阻变机制探索
        5.4.1 顶电极面积对开关态电阻的影响
        5.4.2 J-V曲线拟合和能带结构分析
        5.4.3 低温阻变特性
    5.5 器件翻转特性
第六章 结论
参考文献
攻读学位期间研究成果
致谢



本文编号：3800659