微观结构对铁电电畴影响机理的相场理论研究

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1、学校代码10530学号201330101135分类号TB34密级硕士学位论文微观结构对铁电电畴影响机理的相场理论研究学位申请人郭莉莉指导教师蒋丽梅讲师周益春教授学院名称材料科学与工程学院学科专业材料科学与工程研究方向功能薄膜材料与器件二○一六年五月PHASEFIELDSIMULATIONOFTHEIMPACTMECHIANISMOFMICROSTRUCTUREONDOMAINSTRUCTUREOFFERROELECTRICCandidateLiliGuoSupervisorsLecturerLimeiJiangPr

2、ofessorYichunZhouCollegeSchoolofMaterialsScienceandEngineeringProgramMaterialEngineeringSpecializationFunctionalFilmMaterialsandDevicesDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2016湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研巧成果。除了文

3、中特别加Ｗ标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名；：日期年ｈ月中曰学位论文版权使用授权书、本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存

4、和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。＾作者签名：曰期库＾曰令孩毛１＞月＾导师签名：翁日％２＾／＾／月曰摘要非易失性铁电存储器因其优良的特性而有着广泛的应用前景，被认为是最有潜力的存储装置。但是铁电存储器也存在一系列亟待解决的失效问题，主要包括疲劳、印记及保持性能损失。铁电存储器的失效现象本质上与铁电薄膜的极化(畴结构)有关。因此要解决铁电存储器的可靠性问题，就必须要研究影响铁电薄膜畴结构演化的因素及其内在的影响机理。界面失配应变、位错等微观结构会对铁电薄膜的畴结构产生重要的影响。关于

5、界面失配应变，已有的研究表明铁电材料界面的失配应变会对畴壁产生影响，但其影响的内部机理尚不明确，需要进一步研究。位错作为一种常见的缺陷，通常会是极化翻转过程中新畴的潜在成核点，这是因为位错附近存在较大的应变梯度，应变梯度与极化通过挠曲电效应发生耦合产生挠曲电极化，从而对铁电薄膜畴结构产生很大的影响。但已有的位错相场理论模型中，并没有考虑挠曲电效应，因此需要对模型进行进一步的优化。本论文的主要工作包括以下几个方面：(1)建立了基于有限元的相场模型。在本文的模型中，失配应变是直接施加于界面处。利用此模型研究了界面失配应

6、变对畴壁移动、倾斜角变化、应变梯度及畴壁能的影响，证明了界面失配应变对畴的形状、畴壁性能具有调控作用。(2)建立了位错相场模型，并在此模型基础上考虑挠曲电效应的影响，对已有模型进行修正。研究了不同的挠曲电系数f、f、f单独和组合作用时位错111244对极化的影响。模拟结果与实验结果对比发现，综合考虑三种挠曲电耦合方式时，位错对畴结构的作用效果与实验吻合。而不考虑或者只考虑其中一种或两种时，模拟得到的结果要弱于实验结果。(3)以Pb(Zr0.1Ti0.9)O3(PZT)为研究对象，研究了考虑挠曲电效应时单个位错对极化

7、的影响。分别考虑了位错存在于界面处的单畴中、薄膜内的单畴中、90º畴a畴中、90º畴c畴中几种情况。研究表明在位错的位置，新的畴会形成。(4)研究了考虑挠曲电效应时，周期位错对极化和极化响应的影响。分别研究了处于界面处的单畴中、薄膜内的单畴中、90º畴中的周期位错对极化的影响。结果表明在挠曲电效应的影响下，多个位错会对极化产生很大的钉扎作用，从而导致薄膜的极化翻转变得困难以及剩余极化的减小。关键词：铁电薄膜；界面失配应变；位错；相场模拟；挠曲电耦合效应IAbstractOwingtoitsexcellentprop

8、erties,nonvolatileferroelectricmemoryishonouredasthemostpromisingmemorydevice.However,ferroelectricmemoryhasaseriesoffailureproblemstobesolved,suchasfatigue,imprintandretentionloss