共振隧穿鐵電隧道結巨TER效應與存儲特性研究

《共振隧穿鐵電隧道結巨TER效應與存儲特性研究》是依託湖北大學，由馬志軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：共振隧穿鐵電隧道結巨TER效應與存儲特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馬志軍
• 依託單位：湖北大學

項目摘要

鐵電隧道結由於具有TER效應而在存儲器領域有著廣闊的套用前景，但目前TER效應提升的潛力十分有限，限制了鐵電隧道結的實際套用。本項目提出共振隧穿鐵電隧道結(RTFTJs)的概念，通過調控共振隧穿效應擴大高、低阻態差別從而獲得巨TER效應。研究鐵電隧道結的製備工藝對微結構、表面與界面結構及相結構的影響，探求具有巨TER效應的共振隧穿鐵電隧道結最佳化製備工藝與幾何結構參數；建立共振隧穿效應模型，揭示幾何結構特徵參數和電學特徵參數對共振隧穿效應的影響規律；研究共振隧穿鐵電隧道結高、低溫電輸運特性，建立電子輸運的物理模型，揭示共振隧穿鐵電隧道結特徵參數、共振隧穿效應和TER效應之間的關聯，闡明巨TER效應的物理機制；研究共振隧穿鐵電隧道結的存儲特性，探索存儲功能的調控方法。本項目的研究成果有助於深刻認識能帶工程、界面調控技術及電子輸運機制，對推動新型存儲器的開發套用具有重要的科學意義和實踐指導價值。

結題摘要

本項目製備了共振隧穿鐵電隧道結，研究了隧道結的電流-電壓特性與隧穿電阻效應。主要研究結果如下：1. 共振隧穿鐵電隧道結的隧穿電阻效應研究。（1）採用脈衝雷射和磁控濺射技術製備了Pt/BaTiO3(5 nm)/SrRuO3/BaTiO3(5 nm)/Nb: SrTiO3量子阱結構鐵電隧道結，觀察到了共振隧穿現象。（2）研究了阱寬和極化電壓對共振隧穿效應及隧穿電阻效應的調製作用。隨阱寬增加，共振峰位向低壓方向偏移。在極化電壓較小時，共振峰隨極化電壓的增加向高電壓方向移動。（3）獲得了TER值達到23000的巨隧穿電阻效應。2. 鐵電隧道結隧穿電阻效用研究。(1) 製備了單勢壘層及複合勢壘層鐵電隧道結。(2) Pt/Pb0.2Zr0.8TiO3 (5 nm)/SrRuO3鐵電隧道結的TER≈450%。在進行1000次讀出實驗後，依然保持較大的高低阻態差值。(3) Pt/Pb0.2Zr0.8TiO3/Nb:SrTiO3鐵電隧道結的隧穿電阻值隨鐵電厚度的增加而增大，隨環境溫度的升高而降低。(4) Pt/MgO(2 nm)/Pb0.2Zr0.8TiO3 (5 nm)/SrRuO3複合鐵電隧道結的TER值為~2000%。交換MgO與Pb0.2Zr0.8TiO3 的位置後TER值為~2600%。3. 鐵電隧道結I-V特性及複合鐵電隧道結最佳化結構的理論研究。(1) SrRuO3/BaTiO3/Pt鐵電隧道結在BaTiO3厚度為2.4 和4.8 nm 時TER分別為7和80，與實驗報導值一致。(2) Pt/BaTiO3/SrTiO3/SrRuO3/SrTiO3在交換BaTiO3與SrTiO3沉積次序後TER值增大，這可以用提高的非對稱因子來解釋。(3) 研究了SrRuO3/SrTiO3 (2 nm)/BaTiO3 (1.6 nm)/SrRuO3 與SrRuO3/SrTiO3 (2 nm)/BaTiO3 (1.6 nm)/Pt鐵電隧道結的隧穿電阻效應。前者具有較高的TER值, 也可以用前者具有較高的非對稱因子來解釋。(4) 探索了鐵電隧道結多態存儲的可能性，發現雙鐵電層隧道結Pt/BaTiO3/SrTiO3/BaTiO3/Pt在一個大的參數範圍內隧道結具有四個電阻態。4. 鐵電隧道結憶阻行為研究。(1) 觀察到了Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3鐵電