铁电存储器中的器件多变量耦合关系

• 出 处: 第十二届全国物理力学学术会议
• 发表日期: 2012年11期
• 关键词: 铁电薄膜 铁电存储器 失效 界面效应 应变效应

　　铁电薄膜是具有铁电性且厚度尺寸为数纳米到数微米的薄膜材料,因其在非挥发性铁电随机存储器方面的潜在应用而受到广泛关注,但目前铁电存储器的可靠性问题严重制约着它的应用和发展。因此寻找铁电存储器的失效机理具有非常重要的现实意义。铁电存储器一般在电-力-热耦合载荷下工作,现有研究表明,铁电存储器服役过程中存在的应变效应和界面效应是导致其失效的本质因素。遗憾的是,传统的器件研究集中于电容/电压关系和源漏电流IDS与栅极电压间的关系,而忽视了器件的界面结构,更忽视了应变工程的重要作用。可以说铁电薄膜及器件与多场(极化、应力、应变、电场和电流)耦合力学紧密相连。这不仅是一个典型的多场耦合问题,而且是一个典型的器件问题。本文尝试从"铁电薄膜的本构关系"和铁电薄膜存储器的"器件多变量耦合关系"两个角度来研究器件失效问题。首先用解析的方法建立了考虑界面、应变后的铁电薄膜的本构关系,即P=f(E,σ,ε,Ndefects)的具体函数式。接着在此基础上利用晶体管的传统模型得出了铁电薄膜存储器的器件多变量之间的耦合关系式,即器件中应力、应变、电场、缺陷、极化及漏源电流这六个基本量之间的耦合关系：IDS=f(P,E,σ,ε,Ndefects)。最后本文用自己设计的实验对理论模型进行了验证,实验结果表明,我们建立的理论模型是可靠的。这为将来通过对界面和应变的优化设计制备出性能较好的原理型无铅铁电薄膜存储器奠定了基础。