微觀結(jié)構(gòu)對鐵電電疇影響機(jī)理的相場理論研究.pdf

1、非易失性鐵電存儲(chǔ)器因其優(yōu)良的特性而有著廣泛的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是最有潛力的存儲(chǔ)裝置。但是鐵電存儲(chǔ)器也存在一系列亟待解決的失效問題，主要包括疲勞、印記及保持性能損失。鐵電存儲(chǔ)器的失效現(xiàn)象本質(zhì)上與鐵電薄膜的極化(疇結(jié)構(gòu))有關(guān)。因此要解決鐵電存儲(chǔ)器的可靠性問題，就必須要研究影響鐵電薄膜疇結(jié)構(gòu)演化的因素及其內(nèi)在的影響機(jī)理。界面失配應(yīng)變、位錯(cuò)等微觀結(jié)構(gòu)會(huì)對鐵電薄膜的疇結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要的影響。關(guān)于界面失配應(yīng)變，已有的研究表明鐵電材料界面的失配應(yīng)變會(huì)對疇壁

2、產(chǎn)生影響，但其影響的內(nèi)部機(jī)理尚不明確，需要進(jìn)一步研究。位錯(cuò)作為一種常見的缺陷，通常會(huì)是極化翻轉(zhuǎn)過程中新疇的潛在成核點(diǎn)，這是因?yàn)槲诲e(cuò)附近存在較大的應(yīng)變梯度，應(yīng)變梯度與極化通過撓曲電效應(yīng)發(fā)生耦合產(chǎn)生撓曲電極化，從而對鐵電薄膜疇結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的影響。但已有的位錯(cuò)相場理論模型中，并沒有考慮撓曲電效應(yīng)，因此需要對模型進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。本論文的主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　(1)建立了基于有限元的相場模型。在本文的模型中，失配應(yīng)變是直接施加于

3、界面處。利用此模型研究了界面失配應(yīng)變對疇壁移動(dòng)、傾斜角變化、應(yīng)變梯度及疇壁能的影響，證明了界面失配應(yīng)變對疇的形狀、疇壁性能具有調(diào)控作用。
　　(2)建立了位錯(cuò)相場模型，并在此模型基礎(chǔ)上考慮撓曲電效應(yīng)的影響，對已有模型進(jìn)行修正。研究了不同的撓曲電系數(shù)f11、f12、f44單獨(dú)和組合作用時(shí)位錯(cuò)對極化的影響。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，綜合考慮三種撓曲電耦合方式時(shí)，位錯(cuò)對疇結(jié)構(gòu)的作用效果與實(shí)驗(yàn)吻合。而不考慮或者只考慮其中一種或兩種時(shí)，模

4、擬得到的結(jié)果要弱于實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　(3)以Pb(Zr0.1Ti0.9)O3(PZT)為研究對象，研究了考慮撓曲電效應(yīng)時(shí)單個(gè)位錯(cuò)對極化的影響。分別考慮了位錯(cuò)存在于界面處的單疇中、薄膜內(nèi)的單疇中、90o疇a疇中、90o疇c疇中幾種情況。研究表明在位錯(cuò)的位置，新的疇會(huì)形成。
　　(4)研究了考慮撓曲電效應(yīng)時(shí)，周期位錯(cuò)對極化和極化響應(yīng)的影響。分別研究了處于界面處的單疇中、薄膜內(nèi)的單疇中、90o疇中的周期位錯(cuò)對極化的影響。結(jié)果表明在撓