界面和應(yīng)變對(duì)鐵電薄膜漏電流影響的第一性原理研究.pdf

1、鐵電存儲(chǔ)器是一類具有良好應(yīng)用前景的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器，同時(shí)也是促進(jìn)鐵電材料發(fā)展的動(dòng)力。但是對(duì)于鐵電存儲(chǔ)器而言，由鐵電失效帶來(lái)的可靠性問(wèn)題是其發(fā)展的阻礙。鐵電失效主要包括疲勞、印記和保持性損失等。當(dāng)薄膜的尺寸很小或達(dá)到納米級(jí)別時(shí)，漏電流是造成鐵電失效的主要原因之一，對(duì)于漏電流的調(diào)控一直是鐵電工作者研究的熱點(diǎn)。然而，漏電流影響因素的多樣性和導(dǎo)電機(jī)制的復(fù)雜性，使得對(duì)漏電流的研究帶來(lái)了一定的困難。隨薄膜制備技術(shù)的發(fā)展及器件的微型化趨勢(shì)，在眾多漏電流

2、的影響因素中，界面和應(yīng)變效應(yīng)變得更加重要，同時(shí)，界面和應(yīng)變問(wèn)題在薄膜制備時(shí)是必不可少的。在本論文中，采用第一性原理計(jì)算方法，研究了鐵電薄膜的界面和應(yīng)變對(duì)漏電流的影響，并得到了一定的調(diào)控規(guī)律，為薄膜界面及應(yīng)變工程提供了理論基礎(chǔ)。本論文的主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　(1)以簡(jiǎn)單鈣鈦礦鐵電體PbTiO3(PTO)為對(duì)象，采用第一性原理計(jì)算和非平衡格林函數(shù)結(jié)合的方法研究了不同電極對(duì)薄膜漏電流的影響。我們發(fā)現(xiàn)薄膜漏電流的大小不僅取決于電

3、極的種類，也受界面終端的影響?？偟膩?lái)說(shuō)，氧化物電極下薄膜的漏電流大于金屬電極下的漏電流；TiO2界面終端PTO的漏電流大于PbO終端時(shí)的漏電流。同時(shí)為了理解界面影響的本質(zhì)，我們還研究了體系的界面勢(shì)壘，發(fā)現(xiàn)漏電流的大小很大程度上依賴于勢(shì)壘的變化，這為我們制備材料時(shí)的選材提供了一定的理論指導(dǎo)；
　　(2)以PbTiO3(PTO)為對(duì)象，以SrTiO3(STO)為緩沖層，研究了緩沖層的加入對(duì)鐵電薄膜極化對(duì)稱性和漏電流的影響。發(fā)現(xiàn) STO

4、緩沖層的引入會(huì)不同程度地破壞 PTO薄膜的極化對(duì)稱性，使指向上表面的極化狀態(tài)更為穩(wěn)定。這種對(duì)稱性破缺是存儲(chǔ)器產(chǎn)生印記失效的一個(gè)原因，但對(duì)某些鐵電隧道結(jié)或壓電傳感器等器件而言，我們可以利用鐵電薄膜的極化非對(duì)稱性來(lái)優(yōu)化器件的性能。同時(shí)，對(duì)其漏電流的研究我們發(fā)現(xiàn)，STO的加入使體系漏電流增大，這是由于相同條件下STO的漏電流比PTO的漏電流大很多；
　　(3)以BaTiO3(BTO)為對(duì)象，研究了不同應(yīng)變對(duì)其極化強(qiáng)度及漏電流的影響。我們