收藏本站
《河南大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

钙钛矿铁电薄膜的制备及其表面微区电学性质研究

郭惠芬  
【摘要】: 铁电存储器具有非易失、抗辐射、抗干扰等优异的存储特性,被认为是最具有吸引力的存储器件之一。基于扫描探针力显微镜的铁电薄膜存储有可能实现接近分子水平的存储密度、皮秒级的反转速度,因而有望成为新一代超高密度的数据存储模式。电场作用下铁电畴的取向是整个铁电存储的核心。目前研究的重点集中在单晶膜、外延(或取向)生长的薄膜的畴取向研究方面。多晶铁电薄膜由于其复杂的晶体取向和颗粒边界的存在将呈现出更加复杂的铁电畴反转特性。事实上,在用探针构筑畴反转的过程中,不仅仅诱导畴取向的改变,还将导致其表面其他电学特性的变化,这些电学特性的变化有可能影响畴的取向。基于此本论文的工作重点将集中在用探针构筑畴反转过程中,钙钛矿铁电多晶薄膜表面的电学性质研究方面。 在第一章中,我们简单介绍了铁电存储的基本原理和存在的问题;概述了铁电存储的研究现状及其存在的问题;提出了本论文的研究目的和主要研究内容。 在第二章中,我们首先通过化学溶液法成功制备了本论文研究中所用的LaNiO_3底电极薄膜,利用XRD和DFM分别对其进行了晶体结构和表面形貌表征。 在用探针构筑高密度数据点阵的过程中,往往伴随着注入电荷的点阵的形成,注入电荷的存在必将影响畴的取向,进而影响铁电薄膜的存储功能。在第三、四章,我们用KFM对写极化的过程中注入BaTiO_3薄膜的表面电荷进行了详细的研究。结果显示,在小的极化电场的作用下,薄膜表面为极化电荷的信息,随着极化电场的增强,自由电荷逐渐被注入铁电薄膜的表面并屏蔽掉极化电荷,且注入电荷的面密度随极化电场的增强而增大。由于底电极LaNiO_3和铁电薄膜BaTiO_3之间自建电场的存在,在正、负极化电压作用下,注入电荷面密度呈现不对称分布。在相同的书写电压下,随探针的书写速度的减慢,注入电荷的面密度快速地增加,注入电荷的面积逐渐增大,没有观察到注入电荷饱和的现象。注入电荷的保持行为研究显示,注入电荷随着时间的推移快速地减少,当减少到一定程度时,减小的趋势明显趋缓;通过接地的方式可以中和部分注入电荷;通过施加反向极化电场的方式可以擦除注入电荷。不同KFM扫描方向的研究显示,在KFM成像的过程中,注入电荷在探针和薄膜间产生的电场可以导致注入电荷沿探针运动的方向发生漂移或扩散。 在第四章,用脉冲电压在BaTiO_3薄膜上构筑了九个点的点阵,在探针移动的轨迹上,我们发现了一种与点阵中的注入电荷异号的异常带电现象。研究显示,在探针路径一定的情况下,这种异常电荷依赖于点阵中注入电荷的面密度;在点阵中注入电荷一定的情况下,这种异常电荷依赖于探针极化的路径。我们认为这种与路径有关的异常电荷是点阵中的注入电荷集体作用的结果:在探针写极化的过程中,点阵中的所有注入电荷在探针与薄膜间产生了与外加脉冲电场反平行排列的电场,当这个电场大于某一值时将会导致异号电荷的注入。理论计算的结果证明了我们以上关于异常电荷产生机制的正确性。点阵中的注入电荷的集体效应不仅可以导致异常电荷的产生,还可能引起畴的反转,造成信息的存储错误,因此,写极化过程中注入铁电薄膜的电荷必须给以足够的重视。我们可以通过设计合理的探针路径等手段来减小注入电荷的集体效应,增加存储器的存储密度。 在第五章,用Sol-gel法制备了Zr:Ti分别为0:100, 10:90和25:75的PZT薄膜。结果显示,这些薄膜均为具有四方相钙钛矿结构的多晶颗粒膜,没有明显的生长方向。随着Zr含量的增加,组成薄膜的颗粒尺寸逐渐减小,且畴的结构也逐渐地由复杂的多畴结构转变为单畴结构。具有复杂多畴结构的PbTiO_3薄膜的PFM研究显示,在PFM测试过程中,增加测试交流电的振幅可以提高对铁电畴结构的分辨率,但同时也会导致铁电畴的反转。这种测试交流电导致的畴的反转实验显示,PbTiO_3多晶薄膜具有μs或μs以下的极化反转速度;在极化反转过程中铁电畴遵循向前生长机制;存在一个方向向下的铁电畴优先取向。 在电场诱导的具有复杂多畴结构PbTiO_3薄膜极化反转的研究中,我们观察到某些颗粒呈现与极化电场反平行的异常极化反转现象。极化反转与PFM测量同时进行的实验研究表明,这种反平行的异常极化反转是在写极化的过程中形成的,不同于注入电荷的电场或退极化效应引起的畴的反平行反转。脉冲实验显示,这种异常极化反转与周围颗粒的畴的取向无关,是由颗粒自身的特性决定的,因而比以前报道的由外部因素引起的异常极化反转更加具有普遍性。我们认为,在电场诱导颗粒反转的过程中在颗粒内部产生的瞬态应力导致了这种反平行的异常反转的发生。 PZT薄膜的易疲劳和毒性促使人们研发新的铁电薄膜存储材料。BiFeO_3薄膜是一种有前途的铁电存储材料。在第六章,我们用简单的Sol-gel法制备了BiFeO_3薄膜,XRD和Raman测试结果显示该薄膜具有不同于体相的晶体结构; XPS的研究显示, 3层BiFeO_3薄膜中Fe元素以Fe~(3+)的形式存在,随着层数的增加,Fe~(3+)转变为Fe~(2+);PFM的研究结果显示,BiFeO_3薄膜具有好的铁电性,大部分颗粒以单畴态的形式存在,可以用于铁电存储。 在第七章,对钙钛矿铁电薄膜表面的微区电学特性研究进行了总结,指出了本论文的创新点以及存在的不足,对以后的工作进行了展望。
【学位授予单位】:河南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM221

手机知网App
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李甜;铁电薄膜电滞回线的理论分析[D];太原理工大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 李春阳;刘兵;王江峰;赵建坡;胡彬彬;杜祖亮;;铁酸铋纳米管阵列与Y型铁酸铋纳米管的合成及表征[J];科学通报;2008年19期
2 钟维烈,艾树涛,姜斌;钛酸钡和钛酸铅的两个临界尺寸[J];无机材料学报;2002年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杜宏伟;魏昕;林悦香;潘志国;江景涛;;LiTaO_3晶片CMP过程的化学去除机理研究[J];半导体技术;2008年03期
2 郭冬云,王耘波,付承菊,于军;MEMS器件中的铁电材料[J];微纳电子技术;2004年03期
3 刘建华,孙杰,李松梅,陈冬梅;不同形貌氧化锌的微波电磁性能研究[J];北京航空航天大学学报;2004年09期
4 王卫林,丘翠环,熊正烨,李智强;铁电粉粒的介电测量[J];江西师范大学学报(自然科学版);2001年03期
5 米晓云;张丽;;改性PZT陶瓷的电学性能研究[J];长春理工大学学报;2006年04期
6 鄢国强,来旭春,周海丽;PbMn_(1/2)Nb_(1/2)O_3粉体的制备及表征[J];材料导报;1999年05期
7 刘立英;侯育冬;朱满康;王波;严辉;;(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3基弛豫铁电体相变的研究进展[J];材料导报;2005年08期
8 黄惠东;王志红;路胜博;吴家刚;朱基亮;肖定全;;退火温度对PLT铁电薄膜微结构和电畴的影响[J];材料导报;2006年11期
9 张洪伟;张树人;杨艳;谢和平;相龙成;;锆钛酸铅铁电薄膜电容的研究现状[J];材料导报;2006年S2期
10 戚冰;陈国华;;铌酸锶钡陶瓷材料的研究进展[J];材料导报;2007年09期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 田晓宝;杨新华;操卫忠;;不同应变率条件下铁电体180°畴结构的力学行为模拟[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年
2 朱杰;骆亚娟;孙大志;朱玉丹;金雪琴;;梯度钛酸锶钡(Ba_xSr_(1-x)TiO_3)材料性能的研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(2)[C];2007年
3 刘高旻;谢庆海;刘艺;王海晏;贺红亮;;PZT 95/5陶瓷FE→AFE相变区冲击放电规律研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
4 董树荣;王德苗;金浩;;微扰和标定技术测量薄膜微波介电常数[A];全国薄膜技术学术研讨会论文集[C];2006年
5 江勤;姜胜林;张海波;杨智兵;钟南海;;非制冷红外探测器用热释电材料的研究进展[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(E 光电子器件技术专题)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王希花;基于压电陶瓷迟滞非线性建模及控制系统的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张光祖;钛酸锶钡场致效应及热释电特性研究[D];华中科技大学;2010年
3 吴云良;扫描近场光学显微镜若干关键技术研究[D];中国科学技术大学;2010年
4 柯常波;NiTi形状记忆合金中Ni_4Ti_3相沉淀行为的相场法模拟研究[D];华南理工大学;2010年
5 康慧珍;光折变表面波激发及其在二次谐波产生中的应用研究[D];南开大学;2010年
6 曾慧中;铁电/AlGaN/GaN半导体异质薄膜的界面表征研究[D];电子科技大学;2010年
7 尚杰;铁电氧化物薄膜的制备及其激光感生电压效应[D];昆明理工大学;2010年
8 朱晓莉;充满型钨青铜铌酸盐陶瓷的结构、介电性能与铁电相变[D];浙江大学;2010年
9 张芹;铁电薄膜极化性质的理论研究[D];吉林大学;2011年
10 汪川惠;Ba_(1-x)Bi_xTi_(1-y)Mn_yO_3和Bi_(5-x)La_xTi_3Fe_(1-y)Co_yO_(15)多铁陶瓷的磁性、铁电性以及介电性的研究[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 侯建伟;电子型铁电体的介电调谐性的研究[D];湘潭大学;2010年
2 王芳;Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)铁电纳米管的制备与表征[D];湘潭大学;2010年
3 项尚;BaTiO_3、SrTiO_3及Ba_(1-x)Sr_xTiO_3纳米材料的制备研究[D];湘潭大学;2010年
4 董广军;铁电薄膜的频率依赖关系研究[D];湘潭大学;2010年
5 张军;铁电薄膜界面效应与尺寸效应的研究[D];湘潭大学;2010年
6 许华玉;有机铁电P(VDF-TrFE)薄膜的制备及铁电性能研究[D];湘潭大学;2010年
7 张燕妮;聚(偏氟乙烯—三氟乙烯)铁电纳米薄膜性能改善的研究[D];华东理工大学;2011年
8 张菲;PZT铁电薄膜与AlGaN/GaN半导体异质结构的集成和性能研究[D];电子科技大学;2011年
9 项卓亮;外场对取向性铁电材料电畴和性能的影响[D];西安工业大学;2011年
10 李甜;铁电薄膜电滞回线的理论分析[D];太原理工大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 成传品;唐明华;叶志;周益春;郑学军;;(Bi,Yb)_4Ti_3O_(12)薄膜退火研究[J];半导体技术;2007年03期
2 黄传真,艾兴,侯志刚,陈元春;溶胶-凝胶法的研究和应用现状[J];材料导报;1997年03期
3 徐文彬;王德苗;董树荣;;铁电薄膜应用研究进展[J];材料导报;2004年10期
4 黄平;徐廷献;;FRAM用铁电薄膜疲劳问题研究进展[J];材料导报;2006年01期
5 吴传贵,刘兴钊,张万里,李言荣;热释电薄膜在红外探测器中的应用与研究进展[J];重庆师范大学学报(自然科学版);2005年03期
6 周志刚,王耘波,王华,于军,谢基凡,郭冬云;铁电存储器研究进展[J];信息记录材料;2002年01期
7 余慧春,徐爱兰,惠春;BST薄膜铁电移相器研究进展[J];电子元件与材料;2005年03期
8 唐亚陆;杜泽民;;脉冲激光沉积(PLD)原理及其应用[J];桂林电子工业学院学报;2006年01期
9 毕振兴,张之圣,胡明,樊攀峰,刘志刚;射频磁控溅射制备PZT铁电薄膜的工艺研究[J];硅酸盐通报;2005年04期
10 丁历;廖恒成;姜云峰;;BST铁电薄膜的制备、应用及其研究进展[J];化工时刊;2005年11期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 贾建峰;多层铁电薄膜的制备及其电性能研究[D];兰州大学;2006年
2 蔡道林;PZT铁电存储器的研究[D];电子科技大学;2008年
3 吴云翼;钛酸铋系铁电薄膜材料改性研究[D];华中科技大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 陈宏伟;BST非线性铁电薄膜材料研究[D];电子科技大学;2005年
2 吕业刚;外场作用下的铁电薄膜相变及电畴翻转[D];湘潭大学;2007年
3 龚小刚;PSTT铁电薄膜的制备和性能研究[D];四川大学;2007年
4 李文静;钛酸饿铁电薄膜的改性研究[D];电子科技大学;2009年
5 宁平凡;铁电薄膜的极化疲劳机理研究[D];太原理工大学;2009年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周青春,徐荣青,王茂祥;PLZT铁电薄膜反转特性分析[J];华东船舶工业学院学报(自然科学版);2002年05期
2 陈志武,程璇,张颖;铁电薄膜电疲劳研究进展[J];功能材料;2003年05期
3 曾亦可,厉媛玥,绕韫华,刘梅冬;铁电薄膜开关特性测量[J];华中理工大学学报;1999年06期
4 顾豪爽,邝安祥,包定华,卢朝靖,王世敏;溶胶-凝胶工艺合成高取向PbTiO_3铁电薄膜的实验研究[J];无机材料学报;1993年01期
5 张林涛,任天令,张武全,刘理天,李志坚;Sol-Gel法硅基PZT铁电薄膜研究[J];功能材料;2001年03期
6 肖定全,朱建国;多离子束反应共溅射技术及铁电薄膜制备与应用[J];材料导报;2001年02期
7 李言荣,张鹰,朱俊,李燕,蒋书文,张万里,杨传仁;BST类氧化物铁电薄膜的生长研究[J];四川大学学报(自然科学版);2005年S1期
8 ;最新书讯[J];电子元件与材料;2010年07期
9 何恩培,刘梅冬,卢春如;溶胶一凝胶工艺对PZT铁电薄膜结构的影响[J];压电与声光;1994年05期
10 于军,周文利,曹广军,谢基凡;PZT/Si异质结的电特性研究[J];华中理工大学学报;1996年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈辉;;非理想表面层对铁电薄膜极化率分布的影响[A];创新沈阳文集(B)[C];2009年
2 王彪;;纳米铁电薄膜及其相关材料相变性能的尺寸效应研究[A];第二届全国压电和声波理论及器件技术研讨会摘要集[C];2006年
3 朱建国;肖定全;刘洪;朱基亮;;多层纳米铁电薄膜介电增强机理[A];TFC’09全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2009年
4 于艳菊;王福平;赵连城;;稀土Eu掺杂改性的PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3铁电薄膜[A];2002年材料科学与工程新进展(下)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
5 马运新;宋世庚;苏树兵;郑应智;;纳米晶PZT/PT铁电薄膜的尺寸效应[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
6 李金隆;张鹰;李言荣;邓新武;熊杰;;BST类铁电薄膜的最低晶化温度和自组装生长研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
7 周易春;;无铅铁电薄膜及其存储器的制备和失效行为[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
8 王华;李岩;;Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜Ⅰ-Ⅴ特性的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
9 张敬民;;用高分辨电子能量损失谱方法(HR-EELS)研究铁电薄膜[A];2005年全国电子显微学会议论文集[C];2005年
10 王东生;于涛;孙波;游彪;胡安;吴迪;李爱东;刘治国;;氮氢混合气氛退火对SrBi_2Ta_2O_9薄膜铁电性能的影响[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
中国重要报纸全文数据库 前9条
1 闵乃本;科学的春天带来阳光雨露[N];科技日报;2008年
2 吴昌红 吴红梅;我省三十多个项目登榜[N];新华日报;2006年
3 ;“两院”入驻15位上海新院士[N];上海科技报;2005年
4 组稿 责任编辑 郭易楠;“阳光世博”助推新能源经济[N];上海科技报;2010年
5 姚大鋆;江苏新侨自主创业创新成果喜人[N];新华日报;2007年
6 任干生;纳米电子陶瓷材料面市[N];中国电子报;2000年
7 林黎民;西安交大重点学科名列高校前列[N];科技日报;2002年
8 ;用MEMS方法制备麦克风刻不容缓[N];中国电子报;2009年
9 记者 宋广玉 通讯员 陈宁 柳云娇;世界独创绿色激光源芯片在宁实现量产[N];南京日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭惠芬;钙钛矿铁电薄膜的制备及其表面微区电学性质研究[D];河南大学;2010年
2 张芹;铁电薄膜极化性质的理论研究[D];吉林大学;2011年
3 卢兆信;铁电薄膜相变性质的高阶格林函数研究[D];电子科技大学;2011年
4 杨锋;铁电薄膜与隧道结存储器件性能模拟及失效机理研究[D];湘潭大学;2010年
5 尹伊;铁电薄膜生长及器件制备工艺的研究[D];浙江大学;2011年
6 尚杰;铁电氧化物薄膜的制备及其激光感生电压效应[D];昆明理工大学;2010年
7 裴玲;钛酸铋基铁电薄膜的Sol-gel法制备及改性研究[D];武汉大学;2010年
8 朱哲;铁电薄膜生长机制和畴变演化的研究[D];湘潭大学;2011年
9 刘骁兵;铁酸铋与P(VDF-TrFE)铁电薄膜的制备及性能研究[D];复旦大学;2012年
10 迟庆国;钛酸铅基铁电薄膜组织结构控制及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张才建;PT系铁电薄膜生长及其性能研究[D];电子科技大学;2010年
2 许华玉;有机铁电P(VDF-TrFE)薄膜的制备及铁电性能研究[D];湘潭大学;2010年
3 吴勤勇;铁电薄膜残余应力X射线衍射测试方法研究[D];湘潭大学;2010年
4 杨莺;锆钛酸铅铁电薄膜的制备及性能测试[D];西安理工大学;2003年
5 姚东来;铁电薄膜的物理性质研究[D];苏州大学;2002年
6 田召明;PZT薄膜的铁电性和极化反转特性研究[D];电子科技大学;2005年
7 言智;铅基铁电薄膜材料在热、电载荷作用下的疲劳特性[D];湘潭大学;2003年
8 王敬宇;铁电薄膜、半导体薄膜应力的X射线衍射表征与研究[D];电子科技大学;2011年
9 万晓婧;激光沉积法制备SrTiO_3铁电薄膜及其性能分析[D];北京工业大学;2011年
10 李甜;铁电薄膜电滞回线的理论分析[D];太原理工大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026