钛酸钡与铌酸钠钾薄膜中极化诱导的阻变行为研究

发布时间：2017-10-21 22:37

  本文关键词：钛酸钡与铌酸钠钾薄膜中极化诱导的阻变行为研究

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【摘要】：铁电存储器,作为一种有望替代闪存的新型存储器,一直受到广泛关注和研究。在铁电存储器中,基于极化翻转的电阻转变效应,由于其没有引起化学变化,而且是一个极快的过程,成为一个热门的研究方向。铁电薄膜中的电阻转变效应,根据输运机制的不同,可以分为两类：一类是基于铁电超薄膜的隧穿电致阻变效应,另一类是基于铁电材料和电极材料之间势垒调控的铁电二极管。隧穿电致阻变效应通常出现在铁电隧道结中,依靠铁电超薄膜的极化翻转调节隧穿层势垒高度实现。而对于铁电二极管,在铁电材料与电极材料界面处形成肖特基势垒或p-n结,势垒的电势分布随极化翻转而改变。无论哪种输运机制,这些效应都是由于铁电材料的极化翻转所产生。研究不同的铁电材料,探究材料中畴的翻转,以及对它们电导行为的分析至关重要。本文基于这两种不同的输运机制,分别选用两种具有代表性的铁电材料BaTiO3和(K,Na)NbO3,研究了它们铁电畴的极化和翻转性质,及其对电导和输运性质的影响,得出的结果如下：1)采用脉冲激光沉积的方法制备了厚度为1.2 nm的铁电BaTiO3超薄膜,使用高分辨透射电子显微镜对薄膜截面微结构进行了观测,并通过原子力显微镜、压电力显微镜以及导电原子力显微镜分别对薄膜表面形貌、铁电畴的极化翻转以及隧穿电导行为做了一系列的研究。2)在利用导电原子力显微镜的探针、铁电BaTiO3超薄膜和下电极La0.67Sr0.33MnO3构成的铁电隧道结中观测到了隧穿电致阻变效应,电阻的开关比可以达到100以上。通过调节极化电压,可以控制极化区域内不同极化方向的铁电畴的比例。畴的极化方向不同引起电导能力的不同,从而实现多阻态,这些阻态在室温下具有保持能力,这些结果有助于铁电材料多态存储的研究。3)利用磁控溅射,在具有LaNi03缓冲层的Si衬底上生长了具有(001)方向择优取向的(K,Na)NbO3无铅压电薄膜,通过压电力显微镜的测量发现,(K,Na)NbO3薄膜的相位和振幅响应稳定性和重复性均较好,其铁电畴可以实现反复多次的翻转并保持。4)首次在Pt/(K,Na)Nb03/LaNi03器件中,通过控制(K,Na)Nb03薄膜的极化方向实现了电致电阻转变行为,而阻态的变化可以归结于铁电薄膜极化方向的不同对界面势垒高度和宽度的调制。而且该高低阻态能够保持长时间,具有良好的稳定性和优良的抗疲劳能力。这说明该器件有应用于非易失性存储器的潜力。
【关键词】：铁电薄膜 极化翻转 阻变行为 铁电隧道结 铁电二极管
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB383.2;TP333
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-33
• 1.1 铁电材料的介绍11-15
• 1.2 铁电隧道结15-22
• 1.2.1 铁电隧道结的介绍15-18
• 1.2.2 基于BaTiO_3的铁电隧道结18-22
• 1.3 铁电二极管22-26
• 1.3.1 铁电二极管的介绍22-25
• 1.3.2 基于铌酸钠钾薄膜的铁电二极管的性能探究25-26
• 1.4 本论文的内容、研究目的和工作意义26-28
• 参考文献28-33
• 第二章 材料与器件的制备工艺和表征方法33-49
• 2.1 PLD方法制备BaTiO_3超薄膜33-36
• 2.1.1 用于PLD的BaTiO_3陶瓷靶材的烧结33-34
• 2.1.2 脉冲激光沉积的介绍34-36
• 2.2 磁控溅射的介绍36-38
• 2.2.1 射频磁控溅射生长(K,Na)NbO_3和LaNiO_3氧化物36-37
• 2.2.2 磁控溅射生长金属Pt37-38
• 2.3 各种薄膜的表征和测试方法38-47
• 2.3.1 X射线衍射38-39
• 2.3.2 透射电子显微镜39-43
• 2.3.3 扫描电子显微镜43
• 2.3.4 扫描探针显微镜43-46
• 2.3.5 电学测试系统46
• 2.3.6 铁电极化翻转脉冲时间测试系统46-47
• 2.4 本章小结47-48
• 参考文献48-49
• 第三章 基于BaTiO_3超薄膜的铁电隧道结的电致电阻效应49-67
• 3.1 单晶衬底的化学腐蚀处理49-52
• 3.2 BaTiO_3薄膜的生长条件52-55
• 3.3 BaTiO_3/La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_3异质结的制备和表征55-56
• 3.4 铁电极化调控电子隧穿行为56-63
• 3.5 本章小结63-65
• 参考文献65-67
• 第四章 (K,Na)NbO_3薄膜极化控制的阻变行为67-82
• 4.1 LNO和KNN薄膜的制备67-69
• 4.2 KNN薄膜的结构和压电性能表征69-71
• 4.3 Pt/KNN/LNO器件的电学性能71-74
• 4.4 Pt/KNN/LNO器件的电阻转变性能测试74-78
• 4.5 本章小结78-79
• 参考文献79-82
• 第五章 结论与展望82-84
• 5.1 结论82-83
• 5.2 展望83-84
• 硕士期间发表的文章84-86
• 致谢86-88

【参考文献】

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1 陈传忠,包全合,姚书山,雷廷权;脉冲激光沉积技术及其应用[J];激光技术;2003年05期

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本文编号：1075577