基于PZT薄膜鐵電隧穿結(jié)的制備與電性能研究.pdf

1、隨著人們對(duì)存儲(chǔ)器件性能要求的提高，F(xiàn)las h閃存技術(shù)越來(lái)越無(wú)法滿足人們的需求。鐵電存儲(chǔ)器因?yàn)榫邆涓叩拇鎯?chǔ)密度，更低的能耗，更快的讀寫速度受到廣泛關(guān)注?？墒悄壳耙呀?jīng)市場(chǎng)化的鐵電存儲(chǔ)器為電容式，它是通過(guò)鐵電薄膜極化翻轉(zhuǎn)時(shí)電容的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫，對(duì)數(shù)據(jù)具有破壞性，發(fā)展研究受到限制。鐵電隧穿結(jié)存儲(chǔ)器作為鐵電存儲(chǔ)器的分支，由于它可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的非破壞性讀出且當(dāng)鐵電勢(shì)壘層的極化性能很弱時(shí)，依然可以工作，增強(qiáng)了器件的使用周期，形成了新一輪的研究

2、熱潮。本論文采用鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的PZT鐵電薄膜作為鐵電勢(shì)壘層，用脈沖激光沉積(PLD)技術(shù)分別在(001)SrTiO3(STO)襯底和(001)Nb:SrTiO3(NSTO)襯底上沉積PZT薄膜以形成鐵電隧穿結(jié)，探究了工藝參數(shù)、電極材料對(duì)隧穿結(jié)結(jié)構(gòu)、性能的影響，并對(duì)形成隧穿效應(yīng)的機(jī)理和隧穿結(jié)電荷輸運(yùn)的機(jī)制進(jìn)行了初步研究。
　　1、首先在STO襯底表面形成原子級(jí)臺(tái)階形貌，然后在(001)STO襯底上先后制備SrRuO3(SRO)和Pb(

3、Ti52Zr48)O3(PZT)薄膜，研究工藝參數(shù)（主要是襯底溫度和氧分壓）對(duì)薄膜取向，鐵電性能及薄膜表面形貌的影響，探究薄膜沉積的最佳工藝參數(shù)。結(jié)果表明薄膜沉積過(guò)程中襯底溫度、氧分壓顯著影響薄膜的取向結(jié)晶，鐵電性能及表面形貌。SRO和PZT的最佳工藝參數(shù)分別為700℃，20 Pa和600℃，20 Pa。
　　2、在最佳工藝參數(shù)的條件下制備了不同厚度(~134.5 nm，86.5 nm，41 nm和8 nm)的PZT薄膜，探究了厚

4、度對(duì)P ZT薄膜鐵電性的影響。并測(cè)試8 nm PZT薄膜的隧穿效應(yīng)及極化電壓對(duì)隧穿效應(yīng)的影響。結(jié)果表明：PZT薄膜的剩余極化（2Pr）隨厚度減少呈下降趨勢(shì)。Au/Ti/(8 nm) PZT/SRO/STO隧穿結(jié)在±6 V極化電壓作用下，具備最大值達(dá)到約126的隧穿電阻(TER)值。極化電壓的值會(huì)影響勢(shì)壘層的鐵電性能，進(jìn)而影響TER，過(guò)大的極化電壓會(huì)破壞勢(shì)壘層的鐵電性能，TER值減小。TER值總體隨極化電壓的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。<

5、br>　　3、采用第三章PZT最優(yōu)生長(zhǎng)工藝(600℃，20 Pa)在NSTO襯底上制備8 nm PZT薄膜，以Au/Al作為NSTO的接觸歐姆電極，以SRO和Au/Ti為上電極制備兩種隧穿結(jié)，結(jié)合Au/Ti/PZT/SRO/STO隧穿結(jié)，研究電極材料對(duì)TER的影響及引起電流變化的原因，同時(shí)通過(guò)擬合極化后的電流，研究隧穿結(jié)電荷輸運(yùn)機(jī)制。結(jié)果表明：Au/Ti/PZT/NSTO隧穿結(jié)的最大TER達(dá)到約1120，SRO/PZT/NSTO隧穿結(jié)的