应力作用下铁电隧道结输运特性的研究

具有非易失性特征的铁电体隧道结的研究是现代信息功能材料科学研究中一个重要的方向。本课题的研究对象为应力作用下的铁电体隧道异质结。研究的主要内容包括：.1、.不同的晶格失配度对于底电极和铁电层间界面结构的影响。.2、.不同应力下铁电隧道结漏电流变化的规律。.3、 相同铁电材料，在厚度不变的前提条件下，输运特性随应力变化的规律。.4、 通过对上述实验结果的分析和规律的总结，揭示各实验现象相互之间的联系和产生的机制，建立考虑应力因素在内的铁电隧道结电输运过程的物理模型。.相应的研究针对铁电体氧化物异质结在应力作用下界面结构和输运特性的变化规律，探索在铁电体层的厚度接近介观尺度时异质结的物理特性和可能出现的新的物理效应。研究内容对于制备高质量的铁电体隧道结和理解铁电体势垒层异质结中电子隧穿运动的机制具有重要意义，为实现铁电体隧道异质结在微电子电路中的应用提供理论和实验基础。

本项目按原计划书内容执行，完成计划研究任务，研究已达预期目标。主要研究成果如下：具有非易失性特征的铁电体隧道结的研究是现代信息功能材料科学研究中一个重要的方向。要进一步提高器件性能，需要系统的对影响结性能的因素展开研究。超薄铁电体薄膜在应力下结构和铁电性能的变化规律至关重要。如能解决此关键问题，铁电体隧道结将具有巨大的应用价值。本研究围绕原计划的研究要点展开，首先，在不同的单晶衬底（SrTiO3、MgO和LaAlO3均为001取向）生长了纳米厚度氧化物铁电薄膜Ba0.5Sr0.5TiO3和介电薄膜SrTiO3，利用X光衍射谱和透射电子显微镜检测在不同衬底上铁电薄膜的结构。发现在一定的范围内，随薄膜材料本身与衬底晶格常数失配度的增大，薄膜受面内应力拉伸或收缩，c轴方向发生变化。超过一定的失配度后，应力通过缺陷的方式释放，c轴晶格常数不再变化。在此基础之上，在铁电层与衬底之间生长导电氧化物La0.7Sr0.3MnO3薄膜，一方面利用其作为底电极；另一方面将其作为缓冲层，达到连续调节铁电层受到的面内应力的目的。以磁场、频率、温度、结平面尺寸等作为调制参量，对不同应力下的Ba0.5Sr0.5TiO3和介电薄膜SrTiO3铁电氧隧道结的输运特性开展了研究，并以研究任务为牵引，搭建了一套高精度的电输运测试系统，利用此系统进行了包括本项目研究任务在内的一系列测量工作。在SCI收录的科学期刊上发表和合作发表论文8篇，EI收录论文1篇，申请国内发明专利一项。