氧化物异质结中界面相变诱导的阻变特性研究

作     者：谷婷 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈朗

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：铁电二极管 阻变 相变 铁电极化 电场调控 

摘      要：随着信息技术的快速发展,铁电存储器作为一种新型的非易失性存储器,具有功耗低、耐久性好、易于调控等优点,受到了广泛关注,但是铁电阻变存储器目前也面临一些问题,铁电材料漏电流太大,高低阻态之间差异太小导致存储界限不明显。因此,本文期望通过利用铁电极化反转诱导LaSrMnO(LSMO)中的空穴在界面积聚和耗散的特性,从而触发LSMO在相位边界的穿越,使铁电阻变存储器的开关比更明显,提高铁电阻变器件的阻变性能。本文成功制备了高质量的LaSrMnO(x=0,0.15,0.2,0.3)薄膜。通过改变Pb(ZrTi)O(PZT)薄膜的生长温度,制备了致密、均匀的高质量PZT薄膜。研究了PZT薄膜厚度对Pt/PZT/LaSrMnO异质结的铁电性能和阻变性能的影响,当PZT薄膜厚度为72 nm时,异质结中的PZT薄膜漏电流密度低、铁电性能较好。本文制备了LaSrMnO薄膜和PZT/LaSrMnO薄膜,测试得到它们的金属绝缘相的转变温度分别为330 K和250 K,说明PZT的极化反转可以调控LSMO的相变。在此基础上,通过改变铁电异质结中的相变调控层LSMO,设计并制备了四种Pt/PZT/LaSrMnO(x=0,0.15,0.2,0.3)/LaSrMnO铁电异质结结构。研究了四个异质结的铁电性能,四个异质结的电滞回线为饱和状态,极化强度大致相同,说明四个异质结之间阻变性能的差异与铁电性无关。通过改变扫描电压的大小,测试了四个异质结的阻变性能,得到Pt/PZT/La0.8Sr0.2Mn O3/LaSrMnO铁电异质结的开关比最大,达到了7.2×104,并且该铁电异质结的阻变效应在正负电压下的差距最明显,这是因为该异质结中的相变调控层La0.8Sr0.2Mn O3处于铁磁金属态和铁磁绝缘态的临界点,PZT铁电层的铁电极化反转能够诱导La0.8Sr0.2Mn O3薄膜层中的空穴在界面积聚和耗散,触发La0.8Sr0.2Mn O3在相位临界点之间穿越;Pt/PZT/LaSrMnO铁电异质结的开关比为7×104;而Pt/PZT/La0.85Sr0.15Mn O3/LaSrMnO铁电异质结的开关比明显降低了,最大的开关比为4×104;Pt/PZT/La Mn O3/LaSrMnO铁电异质结的开关比最小,为7×103,这是因为La Mn O3(LMO)薄膜在室温下为反铁磁绝缘态。对四种异质结进行可靠性测试,四种异质结均具有优异的连续擦写操作能力和数据保持能力。