电离辐射效应对铁电薄膜180°畴结构的影响

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1、学校代码10530学号201510131343分类号TB34密级硕士学位论文电离辐射效应对铁电薄膜180°畴结构的影响学位申请人刘兰英指导教师李波副教授学院名称材料科学与工程学院学科专业材料工程研究方向微电子材料与器件工程二〇一八年六月Infulenceofionizingradiationon180odomaininferroelectricthinfilmCandidateLanyingLiuSupervisorAssociateProfessorBoLiCollegeSchoolofMaterialsScienceandEngineeringP

2、rogramMicroelectronicMaterialsandDevicesEngineeringSpecializationMaterialsEngineeringDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018摘要摘要铁电存储器因其低功耗、高读写速度与高集成度等优点，被广泛的应用于航空航天领域。电容作为铁电存储器的基本存储单元，对铁电存储器的性能有较大的影响而成为了铁电存储器研究的主要对象。铁电层作为铁电电容的核心，其性能的优异决定了铁电电容的性能。铁电层中自

3、发极化相同的区域形成的铁电畴以及畴与畴之间的畴壁决定铁电体的物理性能。铁电体中极化方向相反形成的180°畴壁有Ising、Bloch、Néel和且具有双手性特性的Bloch，这些畴结构对铁电材料的性能有较大的影响。随着器件朝着小型化与集成电路趋势发展，辐射对铁电器件造成的影响尤为突出。因此，辐射下铁电畴结构及其在外场下的演化研究显得尤为重要，这将为高效、寿命长的纳米器件制备提供理论依据。基于此，本论文采用蒙特卡罗方法与Landau-Ginzburg-Devonshire(LGD)理论相结合研究了电离辐射效应对铁电薄膜180°畴结构的Ising、Blo

4、ch及Néel等畴壁的性能的影响，具体研究内容如下：(1)使用LGD理论建立了钛酸钡(BaTiO3)薄膜180°畴结构模拟的理论模型，模拟了Ising、双手性Bloch及Néel三种畴壁及其极化分布系统，研究了温度、梯度系数、电场以及应力对其的影响。模拟结果表明：三种畴壁对应的极化值随着温度的增高而减小，畴壁宽度变窄；BaTiO3的畴壁宽度随着梯度系数的增加而减小；外电场作用下，三种畴壁的极化分布曲线整体发生整体移动；在Ising畴壁方向施加的拉/压应力会使极化值增大/减小，Bloch畴壁方向施加拉/压应力会使极化值减小/增大。(2)使用蒙特卡罗方法

5、研究了H+对Pt/BaTiO3/Pt电容结构中的铁电层的电离辐照损伤。模拟结果表明：当H+以10keV~100keV的能量入射BaTiO3时，随着入射能量的增加，H+在BaTiO3中终止的位置会向靶材内部延伸，空位数目增多，两者的分布情况变得更均匀；当H+以0°~90°的角度入射BaTiO3时，随着入射角度的增加，入射离子的终止位置向靶材内部延伸，空位数目减少。(3)使用LGD理论模拟了H+入射BaTiO3时产生的氧空位作用于Ising、Bloch及Néel畴壁时相应的极化、电势、电场、介电常数以及弹热效应的分布情况。模拟结果表明：当氧空位浓度在10

6、24m-3~1027m-3时，随着氧空位的增多，Ising畴壁中的极化和介电常数不变、电势与电场变小；Bloch畴壁中的极化略有减小、电势与电场增加、介电常数基本保持不变；Néel畴壁中的极化、电势、电场与介电常数均增大。关键词：180°畴；铁电材料；电离辐射；LGD理论IAbstractAbstractFerroelectricmemoryiswidelyusedinthefieldofaerospacebecauseoflowpowerconsumption,highreadandwritespeedandhighintegration.Capa

7、citance,whichisabasicstoragecellofmemory,isoneofthemainresearchobjectswhenstudyingtheperformanceofferroelectricdevices.Ferroelectricdomainisasmallareaofspontaneouspolarizationwiththesamedirection.Thedomainwallsboundarybetweentwodomainsisnamedasdomainwalls.Thephysicalpropertieso

8、ftheferroelectricsarecloselyrelatedtothestructureandmo