鐵電薄膜漏電流機理的第一性原理研究.pdf

1、鐵電材料由于具有優(yōu)良的物理學性能而廣泛用于各種多功能電子器件，特別是鐵電存儲器。鐵電存儲器是一類非揮發(fā)性存儲器，它克服了傳統(tǒng)的存儲器的缺點。但由于鐵電失效問題，鐵電存儲器的發(fā)展速度一直很緩慢。而隨著鐵電薄膜的尺寸不斷減小，當其達到微米或納米數(shù)量級時，漏電流是引起鐵電薄膜鐵電失效的主要原因。鐵電薄膜漏電流直接關系到鐵電存儲器能否得到實際的應用，其相關研究一直是科學研究的熱點。影響鐵電存儲器漏電流的因素除了薄膜的厚度外還有很多，如界面、工藝

2、溫度、缺陷和疇壁等。而在眾多因素中，最常見和所占比例最高的兩種因素是缺陷和疇壁。在本論文中，我們主要采用第一性原理計算方法，系統(tǒng)研究了缺陷和疇壁對鐵電薄膜漏電流的影響。
　　首先，我們以PbTiO3鐵電薄膜材料為研究對象，研究了氧空位缺陷對漏電流的影響。研究發(fā)現(xiàn)，氧空位缺陷很容易擴散至界面處，而且隨著氧空位缺陷往界面靠近，薄膜的漏電流逐漸增大。我們通過金屬陽離子摻雜發(fā)現(xiàn)，Cu、V摻雜對氧空位缺陷有釘扎作用，并使其漏電流減小，而Fe

3、、Al摻雜使其漏電流增大。但由于V的離子半徑比Cu更接近于Ti的離子半徑，所以V比Cu更容易摻入鐵電薄膜中。因此V更加適合用于摻雜抑制鐵電薄膜漏電流的大小。這一結論為抑制氧空位缺陷引起的漏電流找到了新的方法。
　　其次，我們系統(tǒng)的研究了180°疇壁對鐵電薄膜漏電流的影響。研究表明垂直于電極的180°疇壁大大增加了鐵電薄膜的漏電流，而平行于電極的180°疇壁使鐵電薄膜中漏電流減小。通過計算透射系數(shù)和能帶結構，我們指出垂直于電極的18