FRAM铁电材料的微结构与电性能研究

摘要

本论文正是针对以上问题而展开，以SBT和PZT铁电薄膜材料为研究对象，紧紧围绕材料的微结构与电性能的关系这一主题，从理论和实验上进行了材料的改性、薄膜生长、电性能与薄膜尺寸及织构的依赖关系、电畴及其与疲劳行为的关系等几方面的研究，取得了一系列具有创新性的研究成果。　　本文通过大量试验研究发现La3+掺杂可以提高SBT陶瓷材料的电性能，La3+引入后主要替代Bi3+，引起了晶格畸变，因而使电性能得到了提高。在多次重复实验中，观察到了W6+掺杂SBT陶瓷低频低电场下的锯齿状电滞回线，驰豫角的物理意义说明，在高频高场的条件下缺陷偶极子的扰动作用不存在，因而不表现出锯齿状电滞回线。　　本文实验研究发现PZT薄膜的矫顽场与薄膜粒径呈抛物线性关系，且薄膜厚度对抛物线型有影响，薄膜越薄，抛物线曲率越大。在考虑了电畴动力学的贡献之后，成功地模拟了矫顽场与粒径的抛物线性关系，解决了由朗道理论计算的矫顽场与尺寸无关、比实验值大几个数量级的问题。理论分析表明，抛物线的曲率由薄膜厚度方向上的电容率决定，薄膜越薄，厚度方向上的电容率越小，因而抛物线的曲率越大。　　本文最后，我们利用取得的研究成果，试制了1Kbit容量的FRAM原型器件，测试结果表明，制作的FRAM原型器件具有良好的非易失特征，为我国研制开发具有自主技术特征的FRAM实用化器件打下了坚实的材料和技术基础。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1铁电材料概述

1.2铁电存储器的特点

1.3铁电薄膜研究现状

1.4本论文研究内容

第二章掺杂SBT陶瓷的晶格结构与电性能

2.1引言

2.2 La3+掺杂的SBT陶瓷

2.3 W3+掺杂的SBT陶瓷

2.4本章小结

第三章SBT、PZT铁电薄膜的生长与性能

3.1引言

3.2脉冲激光沉积法生长SBT薄膜的织构

3.3化学液相法交替沉积PZT、SBT薄膜

3.4退火工艺对PZT薄膜生长的影响

3.5本章小结

第四章铁电薄膜的电性能随尺度变化的规律

4.1引言

4.2实验过程及结果

4.3理论分析及模型

4.4本章小结

第五章铁电薄膜的电畴与疲劳机理

5.1引言

5.2实验过程

5.3 SBLT薄膜的电畴结构及疲劳特性

5.4 PZT、SBT薄膜的电畴在疲劳过程中的演变

5.5 SBLT薄膜的90°极化反转及疲劳机理

5.6本章小结

第六章FRAM器件的制作与测试

6.1 FRAM器件的制作

6.2原型器件的测试

第七章结论与展望

7.1全文工作总结

7.2本论文的主要创新点

7.3展望

参考文献

致谢

作者在攻读博士期间发表的论文目录