低驱动场钙钛矿铁电超薄薄膜设计及其多态隧穿特性

铁电隧穿结通常为金属-超薄铁电薄膜-金属三明治结构,利用铁电极化状态调控量子隧穿效应获得不同电阻态,实现数据存储功能.其因读写速度快、功耗低、存储密度高及非易失性存储等特点,成为了新一代信息存储技术重要发展方向.然而,这种超薄铁电薄膜因极化翻转电场大、速度高,往往存在局部温度升高、稳定性降低等问题,因此,进一步降低铁电薄膜驱动电场对铁电隧穿器件设计至关重要.研究表明,铁电薄膜可通过调控衬底应变使其处于多畴共存状态,各畴之间翻转驱动电场随着能量势垒的降低而大幅降低.该文基于WKB近似的电子隧穿理论并结合Landau唯象理论,研究了衬底应变对铁电驱动电场、量子隧穿特性及隧穿电阻开关比的影响.计算结果表明:通过衬底应变调控,经典钙钛矿铁电薄膜PbTiO_(3)和BaTiO_(3)同时存在面外向上、向下极化以及面内极化3种电阻状态,有效驱动电场可降低至25 MV/m,比单畴铁电隧穿结驱动电场减少了76%.研究结果为低能耗、多阻态铁电存储器件设计提供了理论基础.