铁电隧穿结以铁电超薄薄膜为势垒层,结合了超薄铁电薄膜的力电耦合效应与量子隧穿效应,具有电阻比高、驱动电压小、速度快和断电信息不丢失等优势,在存储信息、电子开关等方面有巨大应用,是当前信息技术的热点方向之一,也为复杂结构健康监测大数据存储提供了新途径。然而,当前器件设计仍具有较高的驱动外场,大大降低器件使用寿命,是当前此类存储器件设计的瓶颈问题。由于铁电薄膜处于共存态时具有更低的驱动电场,因此,通过改变衬底应变调控铁电薄膜的微畴结构,有望获得基于铁电畴共存态的低电场驱动隧穿结。其中,衬底-薄膜热力学系统临界稳定态及微畴弹性相互作用的物理力学机制,是有效解决器件设计瓶颈的关键问题。然而,共存相铁电薄膜因其复杂的微畴结构及其表现出的奇特力电响应,相关的调控机制尚不明确。本文针对衬底-薄膜构成的力学系统,创新性地利用临界衬底应变,并基于朗道理论与量子隧穿理论,开展多态铁电隧穿结的研究,通过系统研究衬底应变对畴结构的调控机制、多畴结构的驱动电压以及多态隧穿效应,获得衬底应变调控的共存畴状态的演变规律、界面势垒对多态隧穿效应的影响,提出基于衬底临界应力的共存相铁电隧穿的设计方法,为低能耗、高存储密度的多物理态存储单元设计提供新途径。论文主要研究内容与结论如下:（1）基于对称电极的[001]取向单畴薄膜的铁电隧穿模型,研究隧穿电流的主要影响因素,并结合一维铁电体朗道理论,考虑界面极化、退极化场和衬底作用,研究超薄铁电薄膜的极化状态,通过极化反转获得2种电阻状态,最大电阻开关比为100,获得铁电体的逆压电效应和自发极化对隧穿电流的调控机制。（2）基于朗道理论并结合连续介质理论,首次获得衬底应变调控的铁电畴共存的临界状态及相应的隧穿效应。系统研究了错配应变、温度和畴尺寸对畴结构共存状态的影响机制,建立了铁电共存畴结构翻转模型,并获得四方相共存畴的翻转电压,首次设计了基于临界衬底应变的共存畴铁电多态隧穿结,获得最大电阻开关比为1000。（3）基于朗道热力学理论,并结合晶体转换理论,系统研究了衬底应变取向薄膜极化状态的调制机制,建立了取向薄膜的量子隧穿模型。通过转换矩阵结合正交坐标系的力学边界条件和晶格坐标系的吉布斯自由能,获得了[001]、[110]和[111]取向薄膜的自由能表达式,对比分析了不同晶格取向的极化特性。结合应变方程及转换矩阵,建立了不同晶格取向的面外压电系数表达式,并设计了取向薄膜中的多畴结构和多态隧穿特性,获得了晶格取向和衬底应变对隧穿特性的调制机制。（4）基于一维静电模型与量子隧穿模型,研究了非对称电极下的多态隧穿模型,提出了基于临界应变下共存畴结构的巨压电效应,首次发现基于临界态的反常复合势垒隧穿效应。研究结果表明,通过衬底应变临界设计,当压电系数高于400pm/V,可实现电子隧穿势垒从单一到复合,有效改变铁电层的势垒变化梯度,实现电子的反常隧穿效应与电阻开关比3个以上数量级的提升。