铁电薄膜的同步辐射研究

集成铁电技术在计算机信息存储、数据处理等方面有重要的应用前景。集成铁电薄膜作为材料科学和凝聚态物理的热点研究领域，近年来受到了学术界的广泛重视。然而目前对铁电薄膜领域中涉及制备过程和失效过程的一些基础问题还没有弄清楚，阻滞了包括非挥发性铁电随机存储器在内的集成铁电应用。本项目将利用同步辐射技术的优势，结合申请人发现的一种金属电极铁电薄膜的界面问题表面化的试样制备技术，开展铁电薄膜的界面、尺寸效应和铁电疲劳研究，主要内容包括①金属电极铁电薄膜的静态微观界面研究，包括界面元素原子局部结构和化学、界面原子互混情况、结构形态等；②结合电性能测试，研究界面微观缺陷对宏观尺寸效应的影响；③研究铁电薄膜疲劳中界面和体相的缺陷产生、运动方式和相关的化学反应种类和动力学特征，探讨铁电薄膜的疲劳机制。

基于铁电薄膜的集成铁电元件在计算机信息存储、数据处理方面有重要的应用前景。集成铁电元件在应用研发中，如欲增大集成度、提高性能和可靠性，还应针对铁电薄膜异质结构和铁电薄膜本身开展更为深入的研究，包括界面研究、尺寸效应和铁电疲劳等。这些问题的研究进展很大程度上决定了集成铁电电子技术的应用进展，如果能够得到较好的解决，将有望对集成铁电学的发展产生明显的推动。而同步辐射技术在铁电薄膜研究中有非常广阔的应用空间，同步辐射X光源可以进行一般X光源不能或难以进行的研究，为铁电薄膜的研究提供了许多新的技术手段。. 本项目开展了铁电薄膜的同步辐射研究，结合采用一种能将金属电极和铁电薄膜的界面问题转化为表面问题的试样制备方法，从新的角度开展电极/薄膜埋藏界面的研究，并在此基础上结合采用多模式扫描探针显微技术（AFM、PFM)、拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）等常规表征技术和同步辐射技术，包括X射线吸收精细结构(XAFS)、掠入射X射线反射（XRR）等开展了铁电薄膜的界面、尺寸效应与铁电疲劳的相关研究，主要研究进展包括：①弄清楚了金属电极铁电薄膜的静态微观界面，包括界面元素原子局部结构和化学、界面原子互混情况、结构形态等；②结合电性能测试，建立了微观缺陷对微观电性能的影响，弄清楚了界面微观缺陷对宏观尺寸效应的影响；③深入研究了铁电薄膜疲劳中界面和体相的缺陷产生和相关的相分解特征，提出了铁电疲劳的体相和界面区的相分解机制。