铁电/半导体异质结在光伏、储能、信息存储等下一代新型多功能器件中均表现出了潜在的应用前景。尤其是随着信息技术的高速发展,具有非破坏性的、快速的数据读写、高存储密度、低能耗以及高的循环次数、稳定性的铁电阻变存储器备受关注。目前普遍认为铁电/半导体异质结中的阻变行为是基于铁电极化对耗尽层宽度、势垒高度等异质结界面属性的调控实现的。但是在异质结界面附近,由于铁电极化的不连续、晶格失配、缺陷富集等多种因素的共存以及相互影响,至今人们仍未完全理解铁电阻变的微观物理机制,制约了铁电阻变性能的进一步提高。本博士论文采用化学溶液沉积法在掺铌的钛酸锶（Nb:SrTiO3,NSTO）半导体衬底上制备了高质量外延的锆钛酸铅（PbZr0.4Ti0.6O3,PZT）铁电薄膜,研究了PZT/NSTO异质结的界面耗尽层宽度及其可调性。并且通过改变NSTO衬底的掺铌质量分数、铁电薄膜PZT的薄膜厚度以及贵金属Au纳米颗粒与PZT铁电薄膜的复合等手段,实现了对PZT/NSTO异质结阻变性能的有效调控,阐明了PZT/NSTO异质结铁电阻变的微观机制。主要的研究内容和结论如下:研究了不同掺铌质量分数的NSTO衬底上PZT/NSTO异质结耗尽层宽度的可调性。发现在掺铌质量分数为0.05～0.1%范围内,0.5%的异质结具有最佳的耗尽层宽度可调性。通过XRD,TEM和XPS等表征手段排除了应力、缺陷等因素对PZT/NSTO异质结耗尽层宽度可调性的影响。电滞回线和蝴蝶曲线的拟合计算结果表明,更少的初始耗尽层电荷以及更多的铁电极化电荷可以有效提高PZT/NSTO异质结耗尽层宽度的可调性。而提高NSTO的掺铌质量分数会同时增多初始耗尽层电荷和铁电极化电荷。因此,PZT/NSTO异质结耗尽层宽度的可调性存在一个最佳值。研究了 PZT薄膜厚度对PZT/NSTO异质结的铁电阻变行为的影响。发现PZT薄膜的厚度可以有效地调控PZT/NSTO异质结的阻变性能。当PZT薄膜的厚度为150 nm时,PZT/NSTO异质结的阻变性能最佳,开关比可以达到850。根据肖特基发射模型和铁电半导体理论,计算了 PZT/NSTO异质结的界面耗尽层宽度和界面势垒高度,发现其与PZT薄膜厚度的变化无关。但是当PZT薄膜厚度比较薄时,界面耗尽层宽度所占PZT薄膜厚度的比例增大,铁电的极化反转受到影响,异质结的界面可调控性减弱,开关比减小。反之,PZT薄膜的体导电性将变差,异质结的界面效应弱于体效应,开关比也随之减小。因此,PZT/NSTO异质结中导电性和铁电性的相互制约是决定铁电阻变性能的一个关键因素。采用一步化学溶液沉积法成功地制备出了 Au-PZT纳米复合薄膜。研究了 Au摩尔分数对Au-PZT纳米复合薄膜铁电性能的影响。发现当Au的摩尔分数约为1.2%时,复合薄膜的剩余极化高达80 μC/cm2,与纯的PZT薄对比提高了 50%以上;同时,介电性能也提高120%。根据XPS表征以及第一性原理中铁电杂化理论,分析了复合薄膜中各种元素的化学价态和轨道杂化状态。发现认为Au-PZT纳米复合薄膜铁电性能的提高主要起因于Au与PZT界面的电荷转移促进了 PZT钙钛矿相的轨道杂化更趋于理想状态。研究了 Au-PZT/NSTO异质结的铁电阻变行为。对比PZT/NSTO异质结的阻变性能,发现Au-PZT/NSTO异质结的开关比提高了 10倍,导通电流密度也增大了一千倍。通过对两类铁电/半导体异质结Ⅰ-Ⅴ曲线的拟合以及XPS,UPS表征,发现Au-PZT/NSTO异质结阻变性能的提高一方面是由于复合薄膜铁电性能的提高;另一方面是由于Au纳米颗粒能有效地调控异质结的能带结构,改变异质结的导电机制。