铁电隧道结的多值存储机理研究

发布时间：2017-11-03 04:06

  本文关键词：铁电隧道结的多值存储机理研究

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【摘要】：近年来，由于薄膜材料制备技术的飞速发展与信息功能材料地位的日益突出，以及铁电隧道结具有的集成度高、小型轻量、读写速度快、抗辐射能力强、非易失性等优点，铁电隧道结与复合夹层铁电隧道结的研究受到越来越多研究人员的关注。当前，对铁电隧道结的研究主要集中在两个方面：一是通过制备性能更优的铁电夹层材料或者使用双夹层来提高整个隧道结的开关比；二是利用单相多铁材料或者多层复合材料结构具有的多铁性能来提高单个隧道结逻辑值数目，从而提高存储密度。 本文主要以铁电隧道结中的静电效应为导通机理，通过研究分析超薄铁电薄膜多值极化在理论与实验上的可行性，建立了多值极化铁电隧道结模型，，并对相关性能进行模拟仿真。另外，结合复合夹层铁电隧道结高开关比的优点与多值极化铁电隧道结模型中的多值存储功能，建立新的具有复合夹层的多值极化铁电隧道结模型，该隧道结模型不仅能够实现多值存储功能，同时由于开关比的提高，所具有的逻辑值数目与电学性能也得到很大提升。在研究该复合夹层隧道结的同时，不仅考虑了静电效应，还对逆压电效应对该隧道结的遂穿性能进行了研究分析。主要内容与结果如下： 1.通过设定铁电夹层中的不同极化值，建立一个具有多逻辑值(四逻辑或八逻辑)的铁电隧道结模型。应用自由电子直接遂穿理论对该模型遂穿电导进行计算，电导对于夹层势垒具有强烈的依赖关系。另外也分别对基准偏压、夹层厚度、介电常数、饱和极化强度与遂穿电导的关系进行仿真计算。该结构与近年来常用的多铁隧道结相比，不存在磁电耦合效应，提高了各个逻辑值之间相互独立性，并且可以通过调节极化强度来灵活地调制逻辑值数目。仿真计算结果对超高密度存储器的实现可能具有一定的指导意义。 2.以金属-介电-铁电-金属复合夹层隧道结为研究对象，通过设定铁电层中不同的极化状态，应用自由电子直接遂穿理论对该结构遂穿性能进行仿真计算。同时对铁电层逆压电效应对该结构遂穿性能的影响进行了研究分析，结果表明逆压电效应可以改善该结构的遂穿性能。通过仿真计算研究了介质层厚度、铁电层厚度、铁电层饱和极化强度与基准偏压对该结构遂穿性能的影响。仿真结果表明该结构通过调节铁电层极化强度可以灵活地调制逻辑逻辑数目，同时可以实现较大的开关比。另外考虑铁电层的应力效应使仿真结果更加准确。
【关键词】：隧道结 多值极化 复合夹层 遂穿电导 开关比
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN384;TP333
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 铁电存储器9-12
• 1.1.1 电容型铁电存储器9-10
• 1.1.2 晶体管型铁电存储器10-11
• 1.1.3 电阻型铁电存储器11-12
• 1.2 铁电隧道结存储机理12-19
• 1.2.1 静电屏蔽效应12-15
• 1.2.2 应力效应15-17
• 1.2.3 界面效应17-19
• 第2章 铁电隧道结的研究方向与分析19-32
• 2.1 提高铁电隧道结开关比19-25
• 2.1.1 引言19
• 2.1.2 理论上的研究进展与分析19-22
• 2.1.3 实验上的研究进展与分析22-25
• 2.2 提高铁电隧道结单元逻辑值数25-30
• 2.2.1 引言25
• 2.2.2 理论上的研究进展与分析25-27
• 2.2.3 实验上的研究进展与分析27-30
• 2.3 本课题的选取依据与主要研究内容30-32
• 第3章 多值极化铁电隧道结的模拟仿真32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 超薄铁电薄膜多值极化可行性32-33
• 3.3 建立多值极化隧道结理论模型33-37
• 3.4 基准偏压对遂穿电导的影响37-38
• 3.5 夹层厚度与介电常数对遂穿电导的影响38-39
• 3.6 饱和极化强度对遂穿电导的影响39-41
• 3.7 本章小结41-42
• 第4章 复合夹层铁电隧道结的多值极化与逆压电效应研究42-52
• 4.1 引言42
• 4.2 建立复合夹层铁电隧道结多值极化模型42-45
• 4.3 介电层厚度对遂穿电导与开关比的影响45-47
• 4.4 铁电层厚度对遂穿电导与开关比的影响47-48
• 4.5 基准偏压对遂穿电导与开关比的影响48
• 4.6 饱和极化强度对遂穿电导与开关比的影响48-50
• 4.7 本章小结50-52
• 第5章 总结与展望52-54
• 5.1 论文总结52-53
• 5.2 工作展望53-54
• 参考文献54-60
• 致谢60-61
• 个人简历、攻读学位期间发表的论文目录61

【参考文献】

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1 李建军;王耘波;王龙海;高俊雄;于军;;铁电存储器的基本单元及其工作模式[J];计算机与数字工程;2006年01期

本文编号：1134539