《BiFeO3外延薄膜受鐵電極化調控阻變效應的研究》是依託華東師範大學，由鐘妮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：BiFeO3外延薄膜受鐵電極化調控阻變效應的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：鐘妮
- 依託單位：華東師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於鐵電阻變存儲器（FeRRAM）兼備鐵電存儲器（FeRAM）讀寫速度快、阻變存儲器（RRAM）小電壓非破壞性讀取等優點，FeRRAM的開發具有重要的物理意義和實際套用價值。本項目以基於BiFeO3（BFO）薄膜的鐵電阻變存儲器為研究對象，針對鐵電阻變存儲器開關比不高、阻變效應中鐵電極化表征難度大等問題，擬製備鐵電極化調控阻變效應的原型器件。通過研究電極材料的功函式、電負性，BFO薄膜的晶相、組分、電阻率等，分析缺陷和極化調控的阻變效應的共存性，探索製備具有鐵電阻變效應FeRRAM的關鍵條件。結合測試鐵電極化相關性能（如壓電性、熱釋電性和鐵電疇反轉特性等）解決阻變效應中鐵電極化表征困難的問題。深入理解極化反轉對鐵電阻變效應的影響，闡釋極化調控鐵電阻變的物理機制，為開發高穩定的FeRRAM提供理論和實驗依據。
結題摘要
阻變存儲器(RRAM)由於具有結構簡單、擦寫速度快和半導體工藝兼容性好等優點，具有廣泛的套用價值。然而大多數RRAM都是基於缺陷機制調製的阻變效應，這導致RRAM器件的均勻性和可靠性差，從而成為阻礙RRAM器件大規模套用的主要原因之一。因此，探索基於非缺陷調製機制的新型RRAM器件具有重要的科學意義和套用價值。 本項目以基於BiFeO3(BFO)的鐵電阻變存儲器(FeRRAM)為研究對象。FeRRAM的阻變效應已被證明受控於非缺陷調控的鐵電極化反轉，結合BFO的高鐵電極化特性，所以這一類FeRRAM被認為將具有更好的穩定性，更大的開關比。然而，當BFO層及BFO/電極界面區域存在較多的缺陷時，器件中極有可能共存鐵電極化和缺陷調控的兩種阻變效應，因此減少器件結構中缺陷的引入成為關鍵問題，這也一直是材料科學和半導體工藝中難點。 在本項目的研究中，我們通過高質量外延複合薄膜的製備從而達到減少器件中缺陷的目的。利用脈衝雷射沉積法(PLD)，通過系統研究SRO及BFO薄膜的生長特性，確定了影響SrRuO3(SRO)/BFO薄膜的外延性、結晶度、電學特性和鐵電特性的關鍵參數，繪製了原子級平整的BFO薄膜的生長相圖。實驗發現，高氧壓(大於10Pa)是製備具有優異金屬特性的SRO薄膜的重要工藝參數。高質量外延的BFO薄膜的生長視窗則非常小，避免雜相的出現和薄膜的3D生長是製備原子級BFO薄膜的關鍵因素。通過全外延SRO/BFO複合薄膜的生長，減少了器件結構中缺陷的引入，從而成功製備出鐵電極化調製的FeRRAM器件，其開關比達到10000。此外，針對阻變效應中鐵電極化表征困難的問題，提出結合壓電原子力顯微鏡和導電原子力顯微鏡，深入研究鐵電極化反轉與微區電阻狀態的研究方法。這些結果為開發高穩定的FeRRAM提供了實驗依據。
