论文部分内容阅读
铁电/半导体异质结由于在界面处存在晶格、电荷、轨道、自旋的相互耦合作用,拥有特殊的界面效应,能够展现出丰富独特的物理性质,在光伏、储能、信息存储领域中均表现出了优秀的应用前景。但是目前及铁电/半导体异质结的界面效应以及铁电与阻变行为之间的必然联系尚未完全清楚,限制了铁电阻变存储器的进一步发展。本硕士论文采用利用脉冲激光沉积法在掺铌的钛酸锶(Nb:SrTiO3,NSTO)半导体衬底上制备了高质量外延的锆钛酸铅(PbZr0.52Ti0.48O3,PZT)铁电薄膜,并在PZT与NSTO之间构造了不同厚度的镧锶锰氧(La0.67Sr0.33MnO3,LSMO)插层,进一步研究界面能带结构对铁电/半导体异质结铁电阻变行为的影响,以期实现阻变性能的有效调控,阐明了PZT/LSMO/NSTO异质结铁电阻变的微观机制。主要的研究内容和结论如下:在STO基板上制备了不同厚度的LSMO薄膜,用倒易空间图全面地分析了LSMO薄膜的应力状态,确定了LSMO薄膜的应力弛豫厚度为51 nm,并且确定了LSMO薄膜的生长速率为2.5 nm/min;在Nb:STO基板上制备了不同厚度的PZT薄膜,发现PZT/NSTO异质结界面处形成的内建电场会对界面附近PZT薄膜中的铁电畴产生钉扎作用,导致电滞回线的整体偏移。另外,确定了PZT薄膜的生长速率为5 nm/min。在PZT/NSTO异质结中插入厚度为7 nm的LSMO插层,对铁电性能和阻变行为进行了研究。PZT/NSTO异质结的电滞回线出现明显的不对称现象,阻变开关比可以达到103数量级。但是,插入LSMO层后,电滞回线变得相对对称,阻变效应却几乎消失了。可以认为LSMO插层会改变PZT/NSTO异质结的界面能带结构,使铁电极化无法对耗尽层的宽度进行调控。因此,初始耗尽层的存在对于铁电/半导体异质结的阻变效应非常重要。研究了LSMO厚度对PZT/LSMO/NSTO异质结阻变行为的影响,通过改变LSMO的厚度,对阻变性能进行了调控。在LSMO插层的厚度为140 nm时,异质结的阻变性能最佳,最大阻变开关比达到1770以上。发现并且认为铁电极化可以对LSMO/NSTO界面的耗尽层宽度以及异质结中的氧空位浓度进行调控。