《鐵電薄膜套用於鐵電隨機存儲器的失效機理研究》是依託北京工業大學，由朱慧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鐵電薄膜套用於鐵電隨機存儲器的失效機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：朱慧
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鐵電隨機存儲器因其具有非揮發、抗輻射、高速度、低電壓等優點成為下一代新型存儲器的重要發展方向之一，而其中鐵電薄膜所具有的疲勞、印記、保持損失等退化失效是影響存儲器可靠性與穩定性的重要因素。本項目主要針對鐵電薄膜的失效展開研究，分析失效機理，探索導致失效的根本原因，並提出改善方案以獲得性能優異可靠的存儲器件。主要研究內容包括：(1)通過研究鋯鈦酸鉛（PZT）鐵電薄膜的I-V、C-V性能，分析鐵電薄膜疲勞過程中缺陷的變化與作用，揭示疲勞的微觀機理；(2)通過綜合分析疲勞、印記與保持損失，揭示不同失效之間的聯繫與影響，分析引起失效的根本原因；(3)探索提高鐵電薄膜耐疲勞性、極化保持能力的方法，改善鐵電存儲器性能。該項目的實施，對於鐵電薄膜的套用基礎研究具有重要的意義，並為長壽命、高密度鐵電存儲器的進一步研製提供實驗基礎及依據。
結題摘要
1、項目背景 鐵電隨機存儲器因具有非揮發、抗輻射、高速度、低電壓等優點成為下一代新型存儲器的重要發展方向之一，而其中鐵電薄膜所具有的疲勞、保持損失等退化失效是影響存儲器可靠性與穩定性的重要因素，是關係到下一代存儲器的重要研究領域。 2、主要研究內容 （1）研究了PZT鐵電薄膜疲勞過程中I-V特性、矯頑電壓、保持損失的改變，分析了疲勞對鐵電薄膜中氧空位濃度的影響，並對氧空位的產生與遷移機制進行了分析。（2）研究了鐵電薄膜中的殘餘應力，對傳統X射線衍射的sin2Ψ方法進一步推導，分析殘餘應力對鐵電薄膜性能和疲勞的影響。 （3）研究了鐵電薄膜的熱效應對疲勞性能的影響，並由此提出了提高鐵電薄膜耐疲勞性的措施。 3、重要成果 （1）研究發現鐵電薄膜的電流隨疲勞圈數增加而增大，體電阻率下降，薄膜中氧空位濃度上升；相同頻率下，外加疲勞波形越不對稱，極化下降越快，揭示了氧空位產生幾率的提高，並且氧空位在外加電場作用下聚集到界面處，導致保持損失加劇。 （2）將垂直入射的XRD測量數據用sin2Ψ方法進行分析，研究發現由於殘餘應力的存在導致薄膜的正負矯頑電壓並不相等，而隨著疲勞的進行，鐵電薄膜通過極化翻轉釋放了殘餘應力，達到正負矯頑電壓一致。 （3）研究發現鐵電薄膜疲勞進程中，由於電流增大其產生的焦耳熱增大，大幅度熱量的產生和溫度提高將會導致更多的氧空位產生，從而加速薄膜的疲勞，提出可以利用加速散熱的方式以延緩薄膜的疲勞。 4、關鍵數據 （1）PZT鐵電薄膜的剩餘極化隨疲勞圈數下降20%時，其體電阻率約下降1個數量級，氧空位濃度約上升1-2個數量級。 （2）厚度為130nm的PZT鐵電薄膜中存在-151.8MPa的殘餘壓縮應力，殘餘應力使得鐵電薄膜的負矯頑電壓大於正矯頑電壓，而在疲勞初期的10s內，鐵電薄膜釋放了殘餘應力，達到0.6V的本徵矯頑電壓。 （3）鐵電薄膜電阻率隨疲勞持續下降，焦耳熱可導致薄膜溫升，高溫會導致Pt電極的分層和發黑而最終損壞；在散熱條件下，薄膜剩餘極化下降到60%時的疲勞圈數被提高了3倍，薄膜耐疲勞性得以提高。 5、科學意義 本項目研究了鐵電薄膜疲勞過程中的性能變化，深入理解失效機理，提出改善鐵電薄膜疲勞的措施，為實現高密度高容量的鐵電存儲器打下基礎。本項目所得到的失效機理分析方法以及所取得的研究成果，對鐵電隨機存儲器的研製具有重要的指導意義和參考價值
