室温NiFe/BaTiO3/La0.7Sr0.3MnO3多铁隧道结的制备与性能研究

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随着互联网的发展,大数据、云计算等的出现,我们已经来到一个信息爆炸的时代。据统计全球每年的数据存储量已经达到惊人的1021byte数量级,而且这一信息存储量每三年将增加一倍,于是人们对于存储器的存储容量有了更为苛刻的要求。一种名为多铁隧道结的新型多态存储器件逐渐走进人们的视野,以其高密度存储、较低功耗、电磁场可控等诸多优点而备受青睐,近几年来科学界对于多铁隧道结进行了大量的理论和实验研究,均取得了不错的成果,所以以多铁隧道结为单元的存储器件将有望取代传统的存储器件,具有非常广阔的应用前景。本文以NiFe/BaTiO3/La0.7Sr0.3MnO3多铁隧道结为研究对象。首先简单地介绍了多铁隧道结的背景和应用以及目前存在的主要问题。然后分别对铁磁层La0.7Sr0.3MnO3(LSMO)和铁电层BaTiO3(BTO)作了重点研究。本文的主要研究工作如下:1、用NH4F和HF的混合溶液对需要生长外延薄膜的衬底材料SrTiO3(STO)作腐蚀的预处理。首先在超声波环境下用腐蚀溶液腐蚀40 s,然后用去离子水清洗,最后通过900 o C高温退火形成-TiO2终结面,使用AFM进行形貌表征,排除STO衬底表面的原有形貌的影响。实验结果表明:腐蚀后的STO衬底表面出现清晰的台阶状结构,台阶之间的高度差约为4?,接近一个晶胞的厚度,表面均方根粗糙度只有200 pm左右,可用于高质量外延薄膜的生长。2、通过激光脉冲沉淀(PLD)方法在不同的衬底温度和氧分压下生长LSMO,并对其进行后续的表面形貌和性能表征。实验结果表明:氧分压对于居里温度和表面形貌有一个较大的影响,在较高氧分压下尤其是在0.3 mbar下生长的LSMO薄膜的居里温度接近块体居里温度360 K,并且在室温下LSMO的磁化强度能够达到1.6±0.11μB每个Mn原子,样品的表面粗糙度在350 pm左右,能够很好地达到室温材料和外延薄膜的要求。衬底温度对居里温度转变点影响较小对表面形貌较大,实验结果显示薄膜样品在衬底温度为750 oC时有一个较大的变化。3、用PLD方法在LSMO上生长BaTiO3(BTO)随后用PFM方法对铁电层材料BTO进行了蝴蝶回线和电滞回线的测量,并对其进行了10 h保持性能测试。结果表明:生长的BTO具有良好的电滞回线和蝴蝶回线,Amplitude图像和Phase图像表明BTO具有10 h的保持能力,保持性较好。4、通过光刻、化学气相沉淀(PECVD)、磁控溅射和去光刻胶等微加工手段制作了NiFe/BaTiO3/La0.7Sr0.3MnO3多铁隧道,并对其进行相关性能表征。
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