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多畴掺锆二氧化铪铁电薄膜的开关动力学与建模
摘要: 基于HfO2的铁电材料因其负电容效应、高可扩展性及全CMOS兼容性,已成为先进存储应用领域备受关注的前沿材料。学界采用朗道-卡拉丁诺夫方程(LK模型)对HfO2薄膜的开关动力学展开了广泛讨论与模拟研究。尽管多数研究中模拟结果与实验数据相符,但在极化-电场曲线的矫顽场附近仍存在微小偏差。为建立更精确普适的模型,本研究提出融合传统LK模型与欧拉方程的新方法,并分别考察了单畴与多畴条件下的适用性。相较于LK模型,采用朗道-欧拉法获得的模拟曲线与实测数据的吻合度更优。
关键词: 极化-电场曲线,HfO2,开关动力学,铁电性
更新于2025-09-23 06:46:58
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[2018年IEEE国际电子器件会议(IEDM)- 美国加利福尼亚州旧金山(2018.12.1-2018.12.5)] 2018年IEEE国际电子器件会议(IEDM)- 铁电Hf<inf>0.5</inf>Zr<inf>0.5</inf>O<inf>2</inf>中高速无滞回负电容的演示
摘要: 我们通过高速脉冲电荷-电压测量,报道了在薄铁电Hf0.5Zr0.5O2(HZO)薄膜中无迟滞负电容(NC)的实验观测结果。通过在HZO顶部添加薄Al2O3层来防止极化屏蔽,从而抑制了迟滞开关现象。我们观察到符合朗道理论的S形极化-电场依赖关系且无迟滞,这使得能够直接提取铁电HZO的NC建模参数。实验证明无迟滞NC在低至100纳秒的脉冲宽度下仍能实现,该限制仅由我们的测量装置决定。这些结果为铁电NC的物理机制以及使用铁电HZO的实际NC器件设计提供了关键见解。
关键词: 无滞后,Hf0.5Zr0.5O2,铁电性,负电容,脉冲测量,朗道理论
更新于2025-09-23 06:49:27
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混合相(1-x)BiFeO3-xPbTiO3固溶体的电学响应:四方相及其四方度的作用
摘要: 我们研究了通过非传统合成方法(包括溶胶-凝胶法和一步固相法)制备的(1-x)BFO–xPTO固溶体(0.3 ≤ x ≤ 0.6)的结构、形貌、介电、输运及铁电性能。结构分析显示所有组分均存在单斜(CC)和四方(P4mm)混合相,表明存在形态相边界。高PTO浓度组分的四方相比例有所增加。定量分析表明,所有样品的c/a值(即四方畸变度)普遍高于块体PTO。形貌分析显示无论合成方法与组分如何,晶粒尺寸均较小。低温频率相关的损耗角正切显示具有小介电常数幅值的介电弛豫,表明无外在贡献。高温介电异常出现在400-500 K附近,对应BFO在奈尔温度的磁相转变,暗示特定组分存在磁电耦合。溶胶-凝胶制备的复合材料比一步合成复合材料电阻更高,且其高温交流电导率呈现阿伦尼乌斯型依赖关系。所有陶瓷样品均表现出铁电性,可承受高达190 kV/cm的外加电场。最后,我们绘制并讨论了极化强度、四方相比例与c/a比值之间的关联,结论指出相较于四方相比例,c/a比值(即四方畸变度)是更重要的可调参数,能增强(1-x)BFO–xPTO固溶体的铁电响应。
关键词: 电极化、非常规合成方法、四方性、形态相边界、铁电性、相演化、介电异常
更新于2025-09-23 07:53:55
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B位掺杂对Er3+掺杂铌酸锶钡上转换发光及铁电性能的影响
摘要: 在四方钨青铜铁电体(Sr0.29Er0.01)Ba0.7Nb2-xMoxO6(SBN-Ax,0≤x≤0.1)和Sr0.3Ba0.7(Nb1.99-xMoxEr0.01)O6(SBN-Bx,0≤x≤0.1)陶瓷中,已开发出调控上转换发光(UCL)与偏振特性的有效途径。通过研究SBN-Ax和SBN-Bx陶瓷的UCL光谱,揭示了显著不同的发光强度增强效应,这可归因于四方钨青铜结构的特殊特征。此外,温度传感、介电及铁电性能也证实表现出依赖B位取代的有趣行为。
关键词: 铁电性、发光、陶瓷
更新于2025-09-24 00:12:32
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快速热退火晶化的ALD PbTiO?薄膜的织构与相变研究
摘要: 通过原子层沉积(ALD)法制备了PbTiO3(钛酸铅)薄膜,并采用快速热退火工艺使其晶化。该薄膜以双(3-N,N-二甲基-2-甲基-2-丙氧基)铅和四(二甲氨基)钛作为阳离子前驱体,以H2O与臭氧的组合作为氧化剂。X射线衍射、卢瑟福背散射光谱及扫描透射电子显微镜分析证实获得了相纯且化学计量比准确的PbTiO3。通过制备面积为4.92×10?4 cm2的圆形电容器测得铁电滞回线参数:Pmax=48 μC/cm2,2Pr=60 μC/cm2,Ec1=?73 kV/cm,Ec2=125 kV/cm,在138 kV/cm电压下漏电流密度为15 μA/cm2。电容-电压测试显示在85 kV/cm时获得最大介电常数290,±275 kV/cm测试范围内损耗角正切低于4%。在溅射铂衬底上生长的近理想阳离子比例ALD PbTiO3会形成随机取向的钙钛矿晶粒。研究不同快速热退火温度、升温速率及成核层参数均对钙钛矿晶粒取向无显著影响。
关键词: 纹理,铁电性,钛酸铅,快速热退火,原子层沉积
更新于2025-09-24 03:13:57
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利用金属-铁电体-金属隧道结实现互补阻变效应
摘要: 互补电阻开关(CRS)器件因其有望解决基于电阻开关(RS)元件的存储阵列中存在的电流潜行和漏电问题而备受关注。研究表明,由两个基于BaTiO3的铁电隧道结通过简单反串联连接构成、具有对称顶部金属电极和共用电浮动底部纳米薄膜电极的结构,可形成CRS存储单元。该单元能非易失性地存储二进制状态("1"="高阻态+低阻态","0"="低阻态+高阻态"),其中HRS(LRS)表示每个铁电隧道结的高(低)阻态。值得注意的是,这些状态在剩余状态下具有相同且较大的电阻值——这是CRS的典型特征。本文报道了信息写入方案,并证明通过选择适当的读取电压幅值可选择非破坏性或破坏性读取方式。此外,实验表明这种双隧道器件在执行写入/读取功能时比单个铁电隧道结的功耗显著更低。这些发现表明,铁电隧道结近期的突破性进展可进一步用于解决采用RS元件实现数据存储和逻辑功能时的关键瓶颈问题。
关键词: 铁电隧道结、钛酸钡、互补型电阻开关、铁电性
更新于2025-09-24 06:50:15
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通过尾部取代抑制有机超分子铁电体中的去极化
摘要: 尽管铁电液晶在场致发光领域已相当成熟,但从铁电器件应用角度看,其典型的高工作温度、适中的剩余极化强度和/或较差的极化保持特性一直未受重视。本研究通过实验论证:对原型铁电液晶苯-1,3,5-三酰胺(BTA)进行简单结构修饰——引入支链取代基,即可获得在室温溶液法制备薄膜电容器器件中具有宽工作温域且数据保持时间超过10年的材料。我们运用密度泛函理论(DFT)和分子动力学(MD)模拟分析了直链与支链化合物的性能差异,发现支链BTA的优异特性源于堆积质量提升和无序度降低等形貌因素,而非静电相互作用或柱内/柱间空间位阻。通过混合支链与直链侧链化合物产生的协同效应,可进一步优化材料性能。
关键词: 液晶,BTA(苯并三唑),DFT(密度泛函理论),分子动力学,超分子,铁电性,极化保持
更新于2025-09-24 07:45:12
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用于金属卤化物钙钛矿材料及太阳能电池的新兴导电原子力显微镜技术
摘要: 金属卤化物钙钛矿材料凭借优异的光电性能与低成本溶液制备工艺的结合,在光电子学和光伏领域展现出巨大潜力。然而该材料电子特性的纳米级不均匀性会导致复合、稳定性及迟滞效应等诸多难题,严重制约器件性能。扫描探针显微镜作为高分辨成像技术,已被广泛用于建立局部特性、微观形貌与整体器件性能的关联。导电原子力显微镜(C-AFM)能在微观尺度实现形貌与光电特性的实空间可视化,因而特别适合探究钙钛矿材料及器件的局部效应。本文全面综述了C-AFM的基本原理、替代操作模式及其发展历程,并探讨了其在钙钛矿太阳能电池(PSCs)中关于电子传输行为、离子迁移与迟滞效应、铁电极化及晶面取向研究的应用。对PSCs中最新应用的系统认知与总结,有助于充分挖掘这一新兴技术的潜力,从而为钙钛矿材料分析提供新颖有效的途径。
关键词: 铁电性、钙钛矿太阳能电池、导电原子力显微镜、离子迁移、钙钛矿材料、电子传输行为
更新于2025-09-19 17:13:59
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全无机柔性透明铁电体/云母异质结构中机械可控的可逆光致发光响应
摘要: 通过电场、应变和温度等多样化外部刺激可逆调控功能材料发光特性的能力,对设计高性能光学器件至关重要。本研究证明,柔性云母基底受弯曲作用产生的纯机械应变,能以高达6853的大应变灵敏系数稳定且可重复地显著改变掺镨Ba0.85Ca0.15Ti0.9Zr0.1O3外延薄膜的光致发光响应。这种光致发光性能与机械弯曲的强关联性源于应变诱导的基质薄膜晶格对称性变化及镨离子(Pr3+)周围局域晶体场改变。特别地,基于云母的特性,该薄膜结构在经历104次弯曲循环后仍保持优异的抗疲劳特性,并在450-780 nm波长范围内具有高光学透过率。本研究为探索铁电薄膜体系中结构对称性与光致发光的关联提供了可行途径,也为开发全无机、可重构、透明柔性光源、光电探测器及可穿戴传感器开辟了新可能。
关键词: 铁电性、光致发光、可穿戴传感器、云母、柔性、透明
更新于2025-09-16 10:30:52
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外延BiFeO3薄膜中体光伏效应的域与开关控制
摘要: 反演对称性的缺失是铁电性、压电性以及体光伏(BPV)效应的根本起源,因此它们彼此密不可分。然而迄今为止,人们通常仅利用压电效应(逆效应)来探测铁电特性,如畴排列及由此产生的极化取向。尽管体光伏效应与压电性具有相同的对称性关联,但它大多被视为铁电性的衍生现象,而非一种潜在的分析手段。在本研究中,我们通过施加电场调控BFO薄膜平面器件中铁弹畴排列,探究了体光伏特性(即短路电流的幅值与角度依赖性)的演变规律。测量结果显示,有序与无序畴排列样品均表现出显著的协同敏感特性。对光伏响应的分析建立了数学模型,用于估算已翻转与未翻转区域的比例。结果表明,BPV效应在追踪极化矢量(方向与幅值)取向方面具有潜在应用价值,其探测范围远超基于探针技术的传统方法。
关键词: BiFeO3(铁酸铋)、铁电性、极化取向、畴翻转、体光伏效应
更新于2025-09-16 10:30:52