【摘 要】
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随着信息时代的发展,人类社会对信息存储需求越来越大,大大推动了相关新型存储技术和新型存储材料的研究进展,无铅钙钛矿型材料铁酸铋（Bi Fe O3,BFO）便是其中一员,其室温下优异的多铁特性和近年来发现的阻变特性迅速吸引了学者们的注意力,但Bi元素易挥发和Fe元素易变价制约了其应用发展。经过不断研究发现,通过掺杂改性能在一定程度上解决上述问题,La3+因其与Bi3+相似的离子半径,可以有效替代掺杂
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随着信息时代的发展,人类社会对信息存储需求越来越大,大大推动了相关新型存储技术和新型存储材料的研究进展,无铅钙钛矿型材料铁酸铋（Bi Fe O3,BFO）便是其中一员,其室温下优异的多铁特性和近年来发现的阻变特性迅速吸引了学者们的注意力,但Bi元素易挥发和Fe元素易变价制约了其应用发展。经过不断研究发现,通过掺杂改性能在一定程度上解决上述问题,La3+因其与Bi3+相似的离子半径,可以有效替代掺杂Bi位,减少Bi元素挥发,改善薄膜质量从而增强材料性能,使BFO在铁电存储器和阻变存储器等非易失性存储器上具有更大的应用潜力。本文采用易于大规模制备的磁控溅射技术和与CMOS工艺兼容的Ti N/Si衬底制备Pt/LaxB1-xFe O3（x=0,6.25at%,12.5at%）/Ti N/Si器件,并使用微观表征手段对功能层的形貌与组分进行表征,采用半导体特性分析仪对器件进行阻变性能测试。研究结果发现,La掺杂有效改善了BFO薄膜阻变性能,降低了器件操作电压,获得更稳定的循环耐受性,更好的高低阻保持能力与脉冲快速擦写能力;在阻变机理研究上,三种不同La掺杂的BFO器件在低阻态下符合导电丝模型,高阻态下符合SCLC模型。铁电性能测试结果表明,La掺杂也改善了BFO薄膜铁电性能,提升了剩余极化强度,降低了矫顽电场,且减少了漏电流。最后在铁电性实验基础上,采用第一性原理计算工具,结合贝里相位法,对La掺杂BFO薄膜铁电性能进行计算,发现随着La掺杂量的增加,BFO自发极化强度先增大后减小,这一影响主要来源于La-4f轨道与Bi-6p和O-2p轨道之间的杂化导致的Bi3+和Fe O6沿[111]晶轴的偏移。
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