柔性铁电隧穿结构的制备和存储性能研究

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铁电存储利用铁电薄膜的自发极化方向存储‘0’和‘1’两个状态,具有高密度、低功耗的优点,是非易失性存储领域长期关注的存储方案。近年来,随着薄膜制备技术的进步,铁电薄膜的质量大幅提高,已经可以在纳米厚度的薄膜中获得稳定的剩余极化,使得铁电隧穿存储器件成为可能。与此同时,个人便携式电子器件的流行,促使电子设备向更轻薄、可穿戴的柔性电子方向发展,低功耗的柔性存储器件具有广阔的应用前景。在此背景下,将传统的铁电隧道结与柔性有机基底结合,开发具有良好存储性能的新型柔性铁电隧穿存储器件,有望在可穿戴器件中获得重要的应用。本文利用脉冲激光沉积技术制备了Ba Ti O3/Sr3Al2O6/Sr Ti O3异质结构,结合湿法薄膜剥离工艺,将厚度仅为4.8 nm的Ba Ti O3薄膜剥离并转移到生长了3,4-乙烯二氧噻吩聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)半导体电极的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性衬底上,系统研究了转移前后Ba Ti O3薄膜的晶体结构和铁电性能,在Pt/Ba Ti O3/PEDOT:PSS/PET隧穿结构中获得了铁电极化方向控制的电致阻变。主要成果如下:(1)用固相反应法烧制了复合化学配比的Sr3Al2O6陶瓷靶材,在预腐蚀处理后的Ti-O单一终止(001)Sr Ti O3衬底上,成功外延了表面原子尺度平整的Ba Ti O3/Sr3Al2O6异质结构。X射线衍射结果表明Ba Ti O3与Sr3Al2O6薄膜均结晶良好。(2)借助水溶性Sr3Al2O6牺牲层,利用薄膜剥离工艺,成功将厚度仅为4.8 nm的外延Ba Ti O3薄膜剥离并转移至生长了PEDOT:PSS电极的PET柔性衬底上。转移后的Ba Ti O3薄膜保持单晶结构,在不同弯折状态下始终保持良好的铁电性能,发现Ba Ti O3薄膜的矫顽电压随曲率的增加而减小。(3)利用导电原子力探针Pt为顶电极测试了Pt/Ba Ti O3/PEDOT:PSS/PET隧穿结构的I-V特性,观察到明显的隧穿电致阻变效应,开关比约为10。用X射线光电子能谱测量了该隧穿结构的势垒高度,发现Ba Ti O3极化方向指向PEDOT:PSS电极时平均势垒高度更低,对应低阻态,极化方向指向Pt电极时平均势垒高度更高,对应高阻态。
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