BaTiO3铁电薄膜的存储特性与机制研究.pdf

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1、StudyontheCharacteristicsandMechanismofElectricalMemoryinBaTi03FerroelectricThinFilmsADissertationSubmiRedtoTheGraduateSchoolofHenanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceByChenXinSupervisor：Prof．ZhangWeifengAssociateProf．JiaCaihongDate2014．05关于学位论文独立完成和内容创新的声明

2、本人向河南大学提出硕士学位申请。本人郑重声明：所呈交的学住论文是本人在导师的指导下独立完成的，对所研究的课题有新的见解。据我所知，除文中特别加以说明、标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括其他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位申请人(学位论文伟考)，签害：?二-_：选!趣i印l黔卿fo日。

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4、0关于学位论文著作权傻甩授权书ij叠鼍囊鬻本人经河南大学审核批准授予硕士学位。作为学位论文的作者，本人完全了解并同意河南大学有关保留i使用学住论文I的要求，即

5、河南大学有权向国家图书馆、科研信息机构、数据收集机构书本校图书馆等提供学位论文(纸质文本和电子文本)以供公众检索、查阅、。本人授权河南次学出于宣扬、展览学校学术发展和进行学术交流等目的，可以采取影即、缩印、扫描和拷贝等复制手段保存、汇编学位论文(纸质文本和电子文本)。(涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书)学位获得者(学位论文作者)签名：逝蠡20IV年6月罗日学位论文指导教师签名：20摘要随着各种电子产品的快速发展，非易失性存储器在半导体行业中扮演着越来越重要的角色。然而当今市场的需求是一些传统存储器的性能所不能满足的，在这样的背景下各式各样的下一代新型非易失性存储器应运而生，分别依

6、靠材料不同的特性而具有不同的存储机制。其中一种新型的铁电阻变存储器吸引众多研究者的巨大关注，其在外电场作用下可以实现铁电畴的快速极化反转，通过极化形成界面不同的电荷分布从而实现两种不同的高低阻态的切换和保持，这种存储器具有很多优势，与已经很成熟的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺相兼容，使其成为下一代非易失性存储器的有力竞争者。我们采用脉冲激光沉积技术和溅射技术在轻掺杂的Si(111)衬底上制备的器件为MFS结构，用以取代铁电薄膜晶体管的栅极结构。在高频率的情况下的电容电压(C．V)测试中，电压正向扫描和反向扫描的结果是平带电压的有明显的偏移量(也就是C．V曲线的平移宽度)，称为电容器的

7、记忆窗El(MemoryWindow)。当施加在电容器电压逐渐增大，电容器的记忆窗口也会随着电压逐渐增大，具有存储的功能。同时也分析了低频情况下的C．V特性，可能由于轻掺杂的硅衬底和钛酸钡铁电薄膜的界面特性较差，导致在低频率下的滞后响应不够明显。在Ⅳ特性中表现出了双极性电阻开关的性质，但是由于器件结构的原因导致写入电压过大，下一步工作需要改进结构。在铂金衬底上制备的器件为MFM对称结构，这是阻变存储器的典型结构，在极化强度和电压(P．V)测试中证明薄膜具有明显的电滞回线。由于器件结构的对称性，在C．V测试中表现出明显的蝶形回线，并且高低频下的蝶形都很明显，从一方面证明了该器件不管是在高频率

8、的还是低频率的电路中都会有一定的应用前景。在电流和电压(I-V)测试中，常规的电压扫描表现出强烈的单向整流作用，可用作整流器件。在经历一个较大电压的电形成过程后表现出双极性电阻开关的性质，但是开关比不大，限制了其在阻变开关的应用。在脉冲电压测试的过程中表现出了与铁电极化有关的阻变性质，但是保持性较差，器件很快就表现出疲劳。分析原因可能是薄膜为多晶的结构，存在较多的晶粒间界为漏电流提供更多的导电路径，还有上下电极与铁电薄膜的接触界面缺陷多，导致了大的漏电流，这些界面缺陷会将在脉冲电压极化后的铁电薄膜层中进行电荷捕获，在用小电压扫描时不能完全体现出铁电极化电荷对器件总电流变化产生的贡献，所以高

9、低阻态的比值不大，容易产生疲劳，但是采用的新型测试方法和关于器件中漏电影响的分析为下一步的工作奠定了基础。采用了掺铌钛酸锶单晶衬底上制备的外延铁电薄膜的Pt／BTO／NSTO异质结结构在P．V测试中也表现出了漏电流的现象，但是在进行常规模式的I．V测试的过程中，不仅发现了器件的单向整流作用，也发现了器件的双极性电阻开关性质。在常规模式下进行电压扫描，并不能区分出铁电极化电荷对于电流的贡献，我们采用了不同极性的短脉冲电压对