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近年来,由于铁电材料在纳米电子器件中的潜在应用,掀起了对铁电材料研究的广泛兴趣,尤其是对铁电隧道结的研究。同时随着纳米薄膜制备技术的发展,实验室已经能够制备出1纳米的超薄铁电薄膜,由于衬底材料和铁电薄膜之间的应力作用,使得铁电薄膜在超薄情况下仍保持铁电性。对钙钛矿铁电氧化物的实验研究显示,当材料的尺寸降低到纳米尺寸时仍可保持良好的铁电性,这使在隧道结中使用铁电薄膜作为势垒成为可能。由于极化与外电场平行和反平行时铁电隧道结的隧穿电阻比值可以达到103-104数量级,因此铁电纳米薄膜电容器结构可以用作新的存储器件,利用高电阻态和低电阻态来实现逻辑上的―0‖和―1‖。与传统存储器相比,铁电存储器具有读写数据的速度快和能耗低等优点。本文主要研究了微小偏压和有限偏压下界面对铁电隧道结电输运的影响,以及势垒的空间相对位置对复合垒铁电隧道结电输运的影响。研究发现界面极化大小和方向以及界面介电常数对铁电隧道结的隧穿电阻有重要影响,进一步把界面和铁电垒中的自发极化耦合起来,我们发现界面还将影响铁电垒中的自发极化,并导致铁电垒电滞回线的漂移以及电流-电压特性曲线中正负矫顽场的不对称。 我们的工作分为以下三个方面: 1.界面对铁电隧道结电输运的影响 考虑铁电隧道结中铁电垒和电极之间存在界面层,通过改变界面极化大小和取向以及界面介电常数,计算了隧道结的隧穿电导。我们发现当左右界面的界面极化同时指向中间铁电垒时,隧道结的TER效应增强最明显,并且当界面极化较大且界面介电常数较小时,隧道结的TER效应将会比不考虑界面的铁电隧道结的TER效应提高几个数量级。 2.界面对铁电隧道结电滞回线和电流特性的影响 选取典型的SrRuO3/BaTiO3/Pt隧道结研究了界面极化对不对称电极铁电隧道结的P-E回线和J-V特性的影响,我们将铁电垒中的非均匀极化、界面极化以及电极中的屏蔽电荷耦合在一起,在Thomas-Fermi模型和朗道-德文希尔理论框架下,研究发现界面效应会导致铁电垒电滞回线漂移,进而进一步导致隧道结J-V曲线的正负矫顽场的不对称,并分析了这些现象的物理起源。 3.势垒空间相对位置对复合垒铁电隧道结的电输运影响 以BaTiO3/SrTiO3复合势垒为研究对象,固定铁电势垒中自发极化方向和外加电场方向,通过交换BaTiO3垒和SrTiO3垒的空间位置,分别计算对应的隧穿电导并进行比较,同时我们还观察了不同介电垒(SrTiO3)厚度下,势垒空间相对位置对隧穿电导的影响。