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《鈦酸鍶鋇、鈦酸鍶鈮與多層鐵電存儲器的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、摘要本文包括鈦酸鍶鋇、鈦酸鍶鈮及鐵電存儲器的研究。分別評述了鈦酸鍶鋇介電材料、鈦酸鍶鈮陶瓷材料及鐵電存儲器的研究現(xiàn)狀；并成功地設(shè)計(jì)了鈦酸鍶鋇薄膜介電材料、鈦酸鍶鈮陶瓷變阻器的制備工藝，以及多層鐵電薄膜存儲器；通過對材料的晶相結(jié)構(gòu)測試分析以及電特性的研究，探討了鈦酸鍶鋇薄膜介電材料的高頻及DRAM介質(zhì)應(yīng)用、鈦酸鍶鈮陶瓷材料作為多功能器件的應(yīng)用及鐵電存儲器的物理問題。主要內(nèi)容如下：1）通過選擇合適配比鈦源溶劑及金屬離子溶劑，建立了簡單有機(jī)溶劑體系的“水基”溶膠凝膠法，提高了多成份溶膠對水的兼容性，適合于BST薄膜
2、制備過程中進(jìn)行多種離子摻雜，制備了摻雜Mn的BST鐵電薄膜，薄膜結(jié)晶良好，表面致密。研究發(fā)現(xiàn)Mn摻雜對BST薄膜2的漏電流和介電特性有較大的改善，漏電流密度達(dá)到0.1nA/cm，介電常數(shù)達(dá)到800以上，而介電損耗僅為0.01~0.03，對于300nm的薄膜材料，這是已有文獻(xiàn)中最好的數(shù)據(jù)。2）采用多種氧化物摻雜，制備了鈦酸鍶鈮基變阻器陶瓷，其介電性能測試與公開文獻(xiàn)相5比，性能均優(yōu)異，特別是V1mA最低（2V/mm），α很大（8~13），εeff大一個(gè)數(shù)量級以上（10），tgδ小一個(gè)數(shù)量級（1%），綜合指標(biāo)處于國
3、際領(lǐng)先。4）新型鐵電存儲器研究。本文分析了Au/BIT/p-Si(100)，Au/PZT/BIT/p-Si(100)和Au/BIT/PZT/BIT/p-Si(100)三種結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的存儲器物理，系統(tǒng)地研究了多層鐵電薄膜存儲器電性能的本質(zhì)問題，得出了以下的物理效應(yīng)和規(guī)律：-102（1）漏電流效應(yīng)。三種鐵電薄膜結(jié)構(gòu)的漏電流都很小，達(dá)到了10A/cm，滿足鐵電存儲器的要求。（2）內(nèi)建電場。計(jì)算了內(nèi)建電壓，對靠近界面的能帶彎曲產(chǎn)生影響，可導(dǎo)致能帶的不對稱性，并引起不對稱的整流效應(yīng)、刻印失敗和退極化；（3）電容效應(yīng)。
4、為了使C-t曲線的斜率不下降，退極化場Edep必須小于矯頑場，即?Vb必須低于Vc。以上三點(diǎn)證明了三層結(jié)構(gòu)Au/BIT/PZT/BIT/p-Si(100)的不對稱性、失效與退極化，電容降斜率都是最小的，而剩余電荷最多，并有最大的存儲窗口，是新型存儲器的最佳而且唯一的選擇。（4）頻率效應(yīng)。在高頻時(shí)，隨著頻率的增加，在鐵電層表面鄰近的耗盡層寬度增大，使得界面電位降和內(nèi)建電壓差增大，形成了多層結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的工作頻率的上限，根據(jù)擬合公式外推的上限工作頻率為46MHz。（5）VT與VC關(guān)系式。根據(jù)MFS多層電容器的特性
5、，設(shè)計(jì)并制造了一個(gè)新型MFS結(jié)構(gòu)的多層鐵電存儲器Au/BIT/PZT/BIT/p-Si(100)，該存儲器具有I-V回線特征，并得到了晶粒邊界勢壘高度與矯頑場的關(guān)系，進(jìn)而得到了轉(zhuǎn)變電壓與矯頑場的關(guān)系。這個(gè)關(guān)系誘導(dǎo)著I-V回線與P-V回線對應(yīng)的關(guān)系，并用來區(qū)別以I-V回線操作的新的鐵電存儲器的邏輯“1”和“0”狀態(tài)。這些關(guān)系是非揮發(fā)存儲器進(jìn)行非破壞讀出的條件。轉(zhuǎn)變電壓VT和矯頑電壓Vc之間存在線性關(guān)系；只要P-V回線的Vc確定，對應(yīng)的VT一定存在。VT是Ec，和Ps的函數(shù)，這是鐵電存儲器的理論基礎(chǔ)。這些關(guān)系是I
6、-V回線與P-V回線的匹配條件，可以實(shí)現(xiàn)“1”和“0”的讀出。（6）演示出存儲器的存儲波形。以上這些效應(yīng)是互相關(guān)聯(lián)的，并由此可能解釋更多的鐵電材料與鐵電器件的特殊現(xiàn)象。關(guān)鍵詞：摻錳鈦酸鍶鋇薄膜鈦酸鍶鈮變阻器多層鐵電存儲器（FeRAM）內(nèi)建電壓存儲窗口保持特性疲勞退極化AbstractThisdissertationincludesthreepartsofthestudies:BSTO,Nb-STOandFeRAM.ReviewsofthepreperationandcharacterizationofBSTO
7、thinfilms,Nb-STOceramicvaristor,andmultilayerferroelectricthinfilmsaregiven.TheapplicationsofBSTOonDRAMsandMMICs,Nb-STOonmulti-functionaldevices,andphysicsoftheferroelectricmultilayerstructurearediscussed.Themaincontentsareasfollows:1)ThinMndoped-BSTfilmsha
8、vebeendevelopedbasedonasol-gelmethodwithanaqueousacetatesol-gelmethod.TheI-Vpropertiesanddielectricpropertiesshowthattheleakagecurrents2were0.1nA/cm,dielectriclossesofMn(II)dopedBSTfilmswere0.01~0.03,a
