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半导体异质界面对钙钛矿铁电薄膜极化开关特性的影响
结题报告
批准号:
51672123
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
吕笑梅
依托单位:
学科分类:
E0206.功能陶瓷
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
金亚鸣、梅方、任显明、雷林、杨春斌
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中文摘要
近年来,钙钛矿铁电薄膜和其他材料形成的异质复合体系因新颖的电、磁、声、光性能而吸引了人们的兴趣。由于半导体是集成工艺中的重要基础材料,本项目计划研究钙钛矿铁电薄膜和常见半导体材料形成的异质结构。除了考察其基本电学性能之外,重点关注外电场下铁电薄膜面外和面内极化开关特性,微观畴结构的演化,以及相应的厚度和温度效应,通过与导电衬底上的对比研究,揭示具有特殊载流子迁移特性的半导体界面对铁电极化开关的特征性影响及内在物理机制。为铁电薄膜/半导体异质结构的设计和应用提供重要的理论参考。
英文摘要
In recent years, heterostructures based on perovskite ferroelectrics have attracted great interests for the novel electric, magnetic, acoustic, and optical properties. Here we plan to fabricate and study ferroelectric/semiconductor heterostructures, since semiconductor is the most commonly used base material in the integration process. In addition to the electric properties such as dc and ac conductivity, the in-plane and out-of-plane polarization switching, the domain pattern, and the corresponding thickness and temperature effects would be carefully investigated. By comparison with experiments on conducting substrates, the intrinsic impact of the semiconducting interface on the polarization switching would be explored. The mechanism provided here would be valuable for the design and application of functional materials.
钙钛矿铁电材料在压电、介电、光电等领域有着广泛应用背景,相关异质结构还呈现磁电互控、电致阻变等多种新颖性能。但铁电材料与半导体基底间常有缓冲层,增加了工艺复杂度而降低了器件集成度。本项目聚焦半导体衬底上铁电薄膜的极化开关特性,主要成果包括:(1)发现扫描探针施加的电场能有效调控外延BiFeO3薄膜中的局域畴结构和极化取向,荷电缺陷类型和分布则决定了铁电畴壁的电导特性。(2)理论计算显示,LiNbO3极性表面吸附物提供的电荷对铁电极化的稳定起着首要作用,LiNbO3/石墨烯异质结构中的电荷转移既能改变铁电极化态,也能影响半导体中的载流子分布。(3)Bi0.8La0.2FeO3/p-Si结构呈现特殊的极化-电压回线形态,可以基于极化开关、界面pn势垒变化以及载流子、荷电缺陷的迁移合理解释。(4)n-Si衬底上不同Bi/Fe比例BiFeO3基薄膜中具有不同的荷电缺陷类型和浓度,在界面势垒的帮助下,热处理能够实现对样品中荷电缺陷分布及迁移特性的可逆调控,进而改变极化开关行为。上述工作揭示了铁电薄膜和半导体材料之间相互作用的内在机制,对推动集成铁电器件在信息与能源等领域的应用有重要价值。项目执行期间在Natl. Sci. Rev.、Phys. Rev. B、Appl. Phys. Lett.等刊物发表SCI论文19篇,其中通讯作者18篇。
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
Ferroelectric surface chemistry: First-principles study of adsorption on the stoichiometric LiNbO3 (0001) surface
铁电表面化学:化学计量LiNbO3(0001)表面吸附的第一原理研究
DOI:10.1103/physrevb.100.245432
发表时间:2019
期刊:PHYSICAL REVIEW B
影响因子:3.7
作者:Yue Chen;Lu Xiaomei;Zhang Junting;Huang Fengzhen;Zhu Jinsong
通讯作者:Zhu Jinsong
Dipole-Tunneling Model from Asymmetric Domain-Wall Conductivity in LiNbO3 Single Crystals
LiNbO3 单晶不对称畴壁电导率的偶极子隧道模型
DOI:10.1103/physrevapplied.10.034002
发表时间:2018
期刊:Physical Review Applied
影响因子:4.6
作者:Xiao S Y;Kaempfe T;Jin Y M;Haussmann A;Lu X M;Eng L M
通讯作者:Eng L M
DOI:10.1093/nsr/nwz176
发表时间:2020-02
期刊:National science review
影响因子:20.6
作者:Xiao S;Jin Y;Lu X;Cheong SW;Li J;Li Y;Huang F;Zhu J
通讯作者:Zhu J
Influence of Frenkel defects on endurance behavior in SnO2:Cu memristors
弗兰克尔缺陷对 SnO2:Cu 忆阻器耐久性行为的影响
DOI:10.1063/1.5084317
发表时间:2019
期刊:Journal of Applied Physics
影响因子:3.2
作者:Mei Fang;Shen Hui;Li Liben;Zang Guozhong;Shao Ye;Liu Lin;Lei Lin;Huang Fengzhen;Lu Xiaomei;Zhu Jinsong
通讯作者:Zhu Jinsong
Conductive tail-to-tail domain walls in epitaxial BiFeO3 films
外延 BiFeO3 薄膜中的导电尾对尾畴壁
DOI:10.1063/1.5045721
发表时间:2018-08-20
期刊:APPLIED PHYSICS LETTERS
影响因子:4
作者:Jin, Yaming;Xiao, Shuyu;Zhu, Jinsong
通讯作者:Zhu, Jinsong
铁电氧化物与传统半导体异质结构的特殊电学性能研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    吕笑梅
  • 依托单位:
可用于纳电子器件的铁电畴壁新颖物理特性探索
  • 批准号:
    11874208
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    吕笑梅
  • 依托单位:
钛酸锶系列材料多铁性诱导及机理研究
  • 批准号:
    61271078
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    吕笑梅
  • 依托单位:
电光晶体中亚微米周期畴结构的PFM极化制备及动力学演化研究
  • 批准号:
    50972056
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    35.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    吕笑梅
  • 依托单位:
应力和尺寸效应协同作用下的掺杂Bi4Ti3O12低维材料研究
  • 批准号:
    10574066
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    33.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    吕笑梅
  • 依托单位:
SPM诱导非线性光学晶体中有序纳米畴阵列的研究
  • 批准号:
    90401014
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2004
  • 负责人:
    吕笑梅
  • 依托单位:
铁电薄膜中应力效应的研究
  • 批准号:
    19904005
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    14.0万元
  • 批准年份:
    1999
  • 负责人:
    吕笑梅
  • 依托单位:
国内基金
海外基金