铁电聚合物基非易失存储结构的电学性能研究

论文摘要

聚偏二氟乙烯（PVDF）及二氟乙烯与三氟乙烯的共聚物P（VDF-TrFE）的具有自发极化强度相对较高、极化稳定性强、极化翻转时间短等优点,作为一种新型的铁电功能材料,已经受到越来越多的关注。本文基于铁电聚合物,分别制备了金属-铁电材料-半导体（MFeS）和金属-铁电材料-氧化物-半导体（MFeOS）两种非易失性存储结构,分别表征其形貌结构和电学性能,对器件的电学疲劳特性和数据保持能力做了研究。主要研究内容包括：1、对MFeS器件的电学疲劳特性进行了研究。在自建的Sawyer-Tower电路上,通过改变极化疲劳电压的频率,研究器件结构的疲劳特性,发现器件的疲劳速率对外加疲劳电压的频率有很强的依赖性,频率越高,疲劳速率越慢。同时,通过和MFeM结构疲劳速率的比较,得到了不同电极对于器件疲劳性能的影响。2、对MFeOS器件结构的电学性能进行研究。在极化过程中,观察开关比、记忆窗口和C-V回线的变化,得到：随着疲劳的深入,MFeOS结构的开关比减小,记忆窗口变化等现象,并尝试对其中观察到的现象做了解释。此外,我们对MFeOS结构的数据保持性能进行研究,研究写入电压的极性、幅度以及脉宽对MFeOS结构数据保持能力的影响,并加以解释。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 铁电聚合物概述
• 1.2 铁电性综述
• 1.3 极化疲劳
• 1.4 铁电电容存储结构及原理
• 1.5 半导体器件物理原理
• 1.5.1 MOS结构
• 1.5.2 功函数
• 1.5.3 界面结构
• 1.5.4 C-V曲线
• 1.5.5 高频C-V特性测量电路
• 1.6 本论文研究的内容
• 第二章 电容结构的样品制备及表征
• 2.1 铁电聚合物P（VDF-TrFE）溶液的配制
• 2.2 电容结构的样品制备
• 2.3 薄膜表征
• 2.3.1 P（VDF-TRFE）聚合物薄膜的AFM形貌表征
• 2.3.1.1 原子力显微镜（AFM）的原理
• 2.3.1.2 P（VDF-TrFE）聚合物薄膜的AFM表面形貌
• 2.3.2 X射线衍射谱（XRD）
• 2.3.2.1 布拉格（Bragg）定律
• 2.3.2.2 铁电薄膜XRD表征
• 2.4 本章小结
• 第三章 MFeS结构的电学疲劳特性的研究
• 3.1 实验方法
• 3.1.1 实验样品制备
• 3.1.2 P-V电滞回线的测量
• 3.1.3 极化疲劳的表征
• 3.2 实验结果
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 极化疲劳
• 3.3.2 P-V电滞回线中的矫顽场
• 3.3.3 铁电开关电流峰的减小
• 3.3.4 铁电薄膜的厚度
• 3.3.5 P-Si/Al与Al底电极的比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 MFeOS结构的电学特性的研究
• 4.1 实验力法
• 4.1.1 实验样品制备
• 4.1.2 C-V回线的产生及测量
• 4.1.3 C-V回线中的记忆窗口和开关比
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 样品形貌及结晶度表征
• 4.2.2 C-V曲线表征
• 4.2.3 MFeOS结构电学疲劳性能的研究
• FB、V_FB和开关比(△C_max)的确定'>4.2.3.1 MFeOS结构平带电容C_FB、V_FB和开关比(△C_max)的确定
• 4.2.3.2 极化电压对MFeOS器件结构的影响
• 4.2.4 MFeOS结构retention性能的研究
• 4.2.4.1 负写入电压幅度变化对retention性能的影响
• 4.2.4.2 负写入电压时间变化对retention性能的影响
• 4.2.4.3 正写入电压幅度变化对retention性能的影响
• 4.2.4.4 正写入电压时间变化对retention性能的影响
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 C-V测试参数的选择
• 4.3.1.1 扫描信号频率对C-V曲线的影响
• 4.3.1.2 扫描时间对C-V曲线的影响
• 4.3.1.3 扫描电压范围对C-V曲线的影响
• 4.3.2 MFeOS结构中的铁电膜分压讨论与计算
• +的变化讨论'>4.3.3 极化过程中开关比C⁺的变化讨论
• 4.3.4 极化过程中记忆窗口的变化讨论
• 4.4 本章小结
• 五 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢