钛酸铅薄膜中畴壁导电性调控的相场模拟研究

《钛酸铅薄膜中畴壁导电性调控的相场模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码10530学号201510131347分类号TB34密级硕士学位论文钛酸铅薄膜中畴壁导电性调控的相场模拟研究学位申请人彭刘指导教师钟向丽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五月TheregulationofdomainwallconductivityinPbTiO3thinfilms:aphasefieldsimulationCandidateLiuPengSupervisorProfessorXiangliZhongCollegeSchoolofMaterialsScienceandEngineeringProgramMicro

2、electronicMaterialsandDevicesEngineeringSpecializationMaterialsEngineeringDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018摘要摘要铁电畴壁在未来纳米电子器件领域中拥有十分广阔的应用前景，它们具有与铁电畴不同的性质，并且可以根据人们的需求轻易的生成、消除以及重新配置。铁电畴壁在导电方面表现的尤为突出，其中带电畴壁拥有着超强的导电性，这一特殊的性能导致了“铁电畴壁存储器”这一概念的出现，而如何调控铁电畴壁的导电性是将畴壁应用于存储器件的

3、关键。现有研究表明，铁电薄膜中畴壁的导电性与畴壁的类型、数量以及长度等密切相关，而失配应变、外电场以及空间电荷等因素都对畴壁的结构有一定的影响。因此，从铁电薄膜的微观结构出发，研究这些外界因素对铁电畴壁导电性的影响，对调控铁电畴壁的导电性具有一定参考价值。本文采用相场方法，以经典铁电材料PbTiO3作为研究对象，研究了失配应变、外电场以及空间电荷对铁电畴壁及其导电性的影响，主要研究内容如下：(1)建立了铁电薄膜中畴壁导电性研究的相场模型，研究了失配应变对铁电薄膜中90°畴壁及其导电性的影响。研究结果表明：失配应变会使铁电薄膜中畴壁的位置发生移动，从而改变铁电薄膜中的载流子分布情况；当失

4、配压应变从-0.001增加到-0.004时，畴壁的导电性变化不大，而当失配拉应变从0.001增加到0.004时，畴壁的电导率增大了5倍左右。(2)在建立的畴壁导电性研究的相场模型基础上，研究了电场对铁电薄膜中90°畴壁及其导电性的影响。研究结果表明：在纵向电场的作用下，当电场逐渐增大时，畴壁的长度逐渐缩短，畴壁的电导率最高增大了6倍左右；在双向电场的作用下，铁电薄膜中原来的头对尾90°畴壁转变为头对头和尾对尾90°带电畴壁，并且随着电场逐渐增大，头对头90°带电畴的导电性逐渐减弱，其电导率变化范围在103-106之间；此外，界面电场会对铁电薄膜中带电畴壁的结构造成一定影响，但由于其作用

5、范围较小，导致界面电场对头对头90°带电畴壁的导电性影响不大。(3)将空间电荷引入到畴壁导电性研究的相场模型中，研究了不同分布类型的空间电荷对铁电薄膜中90°带电畴壁的影响。研究结果表明：随着均匀分布空间电荷密度的增大，铁电薄膜中尾对尾90°带电畴的长度逐渐缩短，而头对头90°带电畴壁几乎不受影响；非均匀分布的空间电荷使得尾对尾和头对头90°带电畴壁的长度都有所缩短，随着空间电荷密度的增大，其导电性逐渐减弱。关键词：铁电薄膜；带电畴壁；导电性；相场方法IAbstractAbstractFerroelectricdomainwalls(DWs)aredeemedtobenovelelem

6、entsofthefuturenanoscaleelectronicdevices.Theyhavedifferentpropertiesfromferroelectricdomainsandcanbeeasilyproduced,eliminated,andreconfiguredondemand.Particularly,thestrongconductivityofchargeddomainwallshasattractedresearcher’swideattention,whichleadstothepresenceof“domainwallnanoelectronics”.

7、However,regulatingtheconductivityofferroelectricdomainwallsisthekeytoapplydomainwallstomemorydevices.Previousstudieshaveshownthattheconductivityofdomainwallsinferroelectricthinfilmsiscloselyrelatedtothetype,number,andlengtho