《鐵電隧穿二極體的製備及其電致阻變特性研究》是依託南京大學，由吳迪擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鐵電隧穿二極體的製備及其電致阻變特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳迪
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以電阻型鐵電非揮發存儲套用為背景，提出以金屬/超薄鐵電簿膜/半導體構成鐵電隧穿二極體結構，通過超薄鐵電絕緣層中的極化翻轉可以同時調控隧穿勢壘的高度和寬度，使隧穿電阻在高、低兩個阻態之間翻轉，實現雙穩巨電致電阻。與常見阻變材料不同，該結構中的阻變完全來源於電子貢獻，而不依賴於帶電缺陷或離子在納米尺度上的遷移。在已有工作的基礎上，我們擬系統研究Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3鐵電隧穿二極體結構的製備工藝、電致阻變性能、隧穿機制及其與應變、摻雜濃度等微結構參數的關係。該結構為在非揮發存儲領域日益重要的阻變存儲提供了一種物理圖像清晰、調控機制簡單的新思路，由此可能發展一種有巨大套用前景的新型電阻型鐵電非揮發隨機存儲器。
結題摘要
本項目面向低功耗高密度存儲套用，發展基於超薄鐵電薄膜的隧穿存儲結構和器件原型。項目研究工作按計畫任務書進行，主要圍繞鐵電薄膜對金屬/半導體肖特基二極體的輸運特性的調控及其存儲性能展開，通過器件結構最佳化獲得了性能穩定的存儲原型器件、將存儲開關比提高到與商用快閃記憶體相當，突破其主要套用障礙之一；同時，將研究工作拓展到多鐵性四態存儲、憶阻等新型存儲功能，有望套用於多態存儲、類腦計算等前沿領域。 項目主要研究成果為：（1）系統研究了Pb/BaTiO3/NbSrTiO3器件性能與BaTiO3厚度和Nb含量的關係，提出了一種金屬/超薄鐵電薄膜/半導體肖特基二極體新型隧穿存儲結構，與一般鐵電隧道結不同，器件的電致阻變主要來源於鐵電極化對金屬/半導體肖特基結的調控，在0.1wt%Nb摻雜含量、BaTiO3厚度為4個晶胞高度的Pb/BaTiO3/NbSrTiO3器件中可獲得接近107的開關比，與商用快閃記憶體器件相當。（2）將磁隧道結和鐵電隧道結相結合，製備了全氧化物多鐵性隧道結，在一個器件中同時實現了電存儲和磁存儲，系統研究並最佳化了SrTiO3/BaTiO3、PrCaMnO3/BaTiO3複合勢壘設計，在La0.7Sr0.3Mn0.8Ru0.2O3/SrTiO3/BaTiO3/La0.7Sr0.3MnO3、LaNiO3/PrCaMnO3/BaTiO3/La0.7Sr0.3MnO3多鐵隧道結中提高了存儲性能，獲得四個穩定的非易失性邏輯態。（3）觀察到金屬/超薄鐵電薄膜/半導體隧穿結構也表現出憶阻器的性能，即隧穿電阻隨著電壓脈衝數目的增大連續的增大，並最終保持在一個穩定的狀態，飽和值決定於脈衝強度。 上述工作共發表標註資助SCI論文14篇，包括1篇Nat. Commun.，5篇Appl. Phys. Lett.和1篇Phys. Rev. B。
