鐵電薄膜疲勞特性的計(jì)算機(jī)模擬.pdf

1、上個(gè)世紀(jì)五十年代，首次提出了鐵電存儲(chǔ)器的思想，鐵電存儲(chǔ)器具有非常大的應(yīng)用潛力。由于鐵電薄膜具有剩余極化強(qiáng)度大、開關(guān)速度快、漏電流小等優(yōu)良特性，一直被認(rèn)為是制作鐵電存儲(chǔ)器的最佳材料之一。但是這種材科具有明顯的疲勞特性，即隨著極化反轉(zhuǎn)次數(shù)的增加，材料的有效極化不斷降低，使得它的開關(guān)電流與非開關(guān)電流之差變的越來越小，這樣鐵電存儲(chǔ)單元的信號(hào)“0”和“1”的輸出差別也越來越不明顯，最終“0”和“l(fā)”難以區(qū)分，導(dǎo)致讀寫失敗、信息丟失。即鐵電材料出現(xiàn)

2、了疲勞．疲勞問題嚴(yán)重限制了鐵電薄膜使用的實(shí)用化進(jìn)程，所以研究鐵電薄膜疲勞的起源，并且尋求消除疲勞的措施，在理論和實(shí)際應(yīng)用方面都具有重要的意義。 由于蒙特卡羅方法能夠模擬復(fù)雜的物理過程．本工作采用DLA模型結(jié)合Ising模型，利用蒙特卡羅方法模擬鐵電疲勞過程。通過模擬在不同缺陷濃度、不同溫度、不同電場(chǎng)強(qiáng)度和頻率情況下的電疇形成過程、電滯回線和開關(guān)電流曲線，發(fā)現(xiàn)缺陷、溫度和電場(chǎng)，對(duì)薄膜內(nèi)偶極子的極化反轉(zhuǎn)有影響.研究發(fā)現(xiàn)偶極矩在有缺陷

3、的地方容易反轉(zhuǎn)，因此在有缺陷的地方電疇容易成核，缺陷對(duì)偶極子的反轉(zhuǎn)有利；但是在電場(chǎng)多次循環(huán)作用下，缺陷會(huì)在薄膜電極界面處聚集，從而顯著降低了剩余極化強(qiáng)度，使得鐵電薄膜的開關(guān)電流減小，所以缺陷的存在是引起鐵電疲勞的一個(gè)原因。 另外發(fā)現(xiàn)在外界溫度變化時(shí)，鐵電薄膜的電疇形成合并過程也相應(yīng)的變化。溫度提高可以使鐵電薄膜的電疇變的不穩(wěn)定，180°疇會(huì)增多。當(dāng)溫度過高時(shí)，薄膜中的偶極矩趨于無序捧列．所以，溫度的升高會(huì)使薄膜的剩余極化大幅度降

4、低，而且溫度的升高能使薄膜開關(guān)過程中漏電流增大，當(dāng)溫度高到一定程度，鐵電薄膜電滯回線消失，證明過高的測(cè)試溫度也是使薄膜疲勞的一個(gè)原因。 研究還發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)對(duì)鐵電薄膜中與電場(chǎng)同向的電疇成核是很有利的，提高外電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度，可以縮短薄膜開關(guān)時(shí)間，增強(qiáng)開關(guān)電流。特別是采用方波脈沖電場(chǎng)作用下，薄膜內(nèi)部成核的疇增多，而且成核的疇縱向生長和橫向擴(kuò)張都很迅速，在這種方波脈沖作用下，薄膜開關(guān)電流變大，開關(guān)時(shí)間縮短。所以適當(dāng)?shù)奶岣咄怆妶?chǎng)的強(qiáng)度