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铁电隧穿二极管的制备及其电致阻变特性研究
结题报告
批准号:
11374139
项目类别:
面上项目
资助金额:
89.0 万元
负责人:
吴迪
依托单位:
学科分类:
A2003.凝聚态物质输运性质
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
尉芹溪、李晨、莫丹、许勤芳、王戈明、李堃
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中文摘要
本项目以电阻型铁电非挥发存储应用为背景,提出以金属/超薄铁电簿膜/半导体构成铁电隧穿二极管结构,通过超薄铁电绝缘层中的极化翻转可以同时调控隧穿势垒的高度和宽度,使隧穿电阻在高、低两个阻态之间翻转,实现双稳巨电致电阻。与常见阻变材料不同,该结构中的阻变完全来源于电子贡献,而不依赖于带电缺陷或离子在纳米尺度上的迁移。在已有工作的基础上,我们拟系统研究Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3铁电隧穿二极管结构的制备工艺、电致阻变性能、隧穿机制及其与应变、掺杂浓度等微结构参数的关系。该结构为在非挥发存储领域日益重要的阻变存储提供了一种物理图像清晰、调控机制简单的新思路,由此可能发展一种有巨大应用前景的新型电阻型铁电非挥发随机存储器。
英文摘要
We propose a novel ferroelectric tunnel diode structure, composed of an ultra-thin ferroelectric thin film sandwiched in a metal and a semiconductor, in which giant electroresistance can be achieved due to the simultaneous tuning of the barrier height and barrier width in response to switching of spontaneous polarization in the ferroelectric barrier. Contrast to extensively-studied resistive memory materials, electroresistance in the proposed structure is from pure electronic origin and has nothing to do with voltage-induced migration of matters at the nanoscale. New types of non-volatile memories based on the proposed structure are very promising for non-volatile memory applications. The proposed idea will be demonstrated in Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3 ferroelectric tunnel diode structures. The fabrication, electroresistance, tunneling mechanism and their dependence on strain and Nb doping concentration will be systematically investigated. If the proposed investigations are successfully implemented, we may provide a new choice, with a clear physical picture and a simple switching philosophy, for resistive random access memories, which becomes more and more attractive in non-volatile memory applications.
本项目面向低功耗高密度存储应用,发展基于超薄铁电薄膜的隧穿存储结构和器件原型。项目研究工作按计划任务书进行,主要围绕铁电薄膜对金属/半导体肖特基二极管的输运特性的调控及其存储性能展开,通过器件结构优化获得了性能稳定的存储原型器件、将存储开关比提高到与商用闪存相当,突破其主要应用障碍之一;同时,将研究工作拓展到多铁性四态存储、忆阻等新型存储功能,有望应用于多态存储、类脑计算等前沿领域。..项目主要研究成果为:(1)系统研究了Pb/BaTiO3/NbSrTiO3器件性能与BaTiO3厚度和Nb含量的关系,提出了一种金属/超薄铁电薄膜/半导体肖特基二极管新型隧穿存储结构,与一般铁电隧道结不同,器件的电致阻变主要来源于铁电极化对金属/半导体肖特基结的调控,在0.1wt%Nb掺杂含量、BaTiO3厚度为4个晶胞高度的Pb/BaTiO3/NbSrTiO3器件中可获得接近107的开关比,与商用闪存器件相当。(2)将磁隧道结和铁电隧道结相结合,制备了全氧化物多铁性隧道结,在一个器件中同时实现了电存储和磁存储,系统研究并优化了SrTiO3/BaTiO3、PrCaMnO3/BaTiO3复合势垒设计,在La0.7Sr0.3Mn0.8Ru0.2O3/SrTiO3/BaTiO3/La0.7Sr0.3MnO3、LaNiO3/PrCaMnO3/BaTiO3/La0.7Sr0.3MnO3多铁隧道结中提高了存储性能,获得四个稳定的非易失性逻辑态。(3)观察到金属/超薄铁电薄膜/半导体隧穿结构也表现出忆阻器的性能,即隧穿电阻随着电压脉冲数目的增大连续的增大,并最终保持在一个稳定的状态,饱和值决定于脉冲强度。..上述工作共发表标注资助SCI论文14篇,包括1篇Nat. Commun.,5篇Appl. Phys. Lett.和1篇Phys. Rev. B。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Mechanical switching of ferroelectric polarization in ultrathin BaTiO3 films: The effects of epitaxial strain
超薄 BaTiO3 薄膜中铁电极化的机械转换:外延应变的影响
DOI:10.1063/1.4863855
发表时间:2014-01
期刊:Applied Physics Letters
影响因子:4
作者:Wen Zheng;Qiu Xiangbiao;Li Chen;Zheng Chunyan;Ge Xiaohui;Li Aidong;Wu Di
通讯作者:Wu Di
Improved memory functions in multiferroic tunnel junctions with a dielectric/ferroelectric composite barrier
具有电介质/铁电复合势垒的多铁隧道结中改进的存储功能
DOI:10.1063/1.4937390
发表时间:2015
期刊:Applied Physics Letters
影响因子:4
作者:Jieji Ruan;Xiangbiao Qiu;Zhoushen Yuan;Dianxiang Ji;Peng Wang;Aidong Li;Di Wu
通讯作者:Di Wu
Chemical strain-dependent two-dimensional transport at RAlO3/SrTiO3 interfaces (R = La, Nd, Sm, and Gd)
RAlO3/SrTiO3 界面处的化学应变依赖性二维输运(R = La、Nd、Sm 和 Gd)
DOI:10.1103/physrevb.94.241116
发表时间:2016
期刊:PHYSICAL REVIEW B
影响因子:3.7
作者:Li Chen;Shen Xuan;Yang Yurong;Bai Yuhang;Yuan Zhoushen;Su Dong;Li Aidong;Zhang Shantao;Wang Peng;Bellaiche Laurent;Wu Di
通讯作者:Wu Di
Giant tunnelling electroresistance in metal/ferroelectric/semiconductor tunnel junctions by engineering the Schottky barrier.
通过设计肖特基势垒在金属/铁电/半导体隧道结中产生巨大的隧道电阻
DOI:10.1038/ncomms15217
发表时间:2017-05-17
期刊:Nature communications
影响因子:16.6
作者:Xi Z;Ruan J;Li C;Zheng C;Wen Z;Dai J;Li A;Wu D
通讯作者:Wu D
Resistive switching in -based heterostructures due to ferroelectric modulation on interface Schottky barriers
由于界面肖特基势垒上的铁电调制而导致基于异质结构的电阻切换
DOI:10.1007/s10854-014-2010-3
发表时间:2014
期刊:Journal of Materials Science: Materials in Electronics
影响因子:--
作者:Chen Dongxia;Li Aidong;Wu Di
通讯作者:Wu Di
HfO2基铁电薄膜的结构性能及其与第三代半导体的外延集成应用
  • 批准号:
    52232001
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    269万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    吴迪
  • 依托单位:
外延钙钛矿锰氧化物/铱氧化物异质结构的界面耦合和输运特性研究
  • 批准号:
    U1932115
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    55.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    吴迪
  • 依托单位:
多铁性钙钛矿超晶格的设计、制备和物性研究
  • 批准号:
    91022001
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    50.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    吴迪
  • 依托单位:
铁电隧道结的制备及其电致阻变特性研究
  • 批准号:
    50872050
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    32.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    吴迪
  • 依托单位:
非挥发存储用掺钕钛酸铋铁电薄膜的微结构和失效机理研究
  • 批准号:
    10574067
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    32.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    吴迪
  • 依托单位:
钙钛矿氧化物纳米管的水热合成及其结构、性能表征
  • 批准号:
    50302003
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    8.0万元
  • 批准年份:
    2003
  • 负责人:
    吴迪
  • 依托单位:
国内基金
海外基金