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□ 刘俊明 王 阳

  摘 要具有ABO3型钙钛矿结构的Pb(ZrxTi1-x)O3 (PZT)展示出良好的铁电极化性能,是使用最广的铁电材料.然而,在将它应用于铁电存储时,PZT薄膜遭遇到极化疲劳问题而被SrBi2Ta2O9 (SBT)等铁电体所替代,这一问题至今未能得到妥善解决.文章首先通过变温极化疲劳实验充分理解PZT极化疲劳的基本过程,然后有针对性地进行材料设计,获得基本无极化疲劳的PZT铁电薄膜.
  关键词PZT铁电薄膜,极化疲劳,缺陷,长程迁移
  
  Polarization fatigue of ferroelectric Pb(ZrxTi1-x)O3
   thin films revisited
  
  LIUJun\|Ming1,2,WANG Yang1,2
  (1 Department of Physics and Laboratory of Solid State Microstructures, Nanjing University, Nanjing 210093,China)
  (2 International Center for Materials Physics, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016,China)
  
  AbstractPerovskite Pb(ZrxTi1\|x)O3 (PZT) represents one of the most extensively utilized ferroelectrics, in spite of its lead contamination. However, its application in ferroelectric random access memories (FeRAMs) has been hindered due to serious polarization fatigue upon repeated domain switching, so that it has eventually been replaced by layered perovskite ferroelectric Sr2BiTa5O9 (SBT), among others. Since polarization fatigue remains an unsolved physical issue we address this problem by a comprehensive approach in which the associated mechanisms are investigated by fatigue testing at different temperatures, amplitudes and frequencies of the electric field. As a result, we have developed a novel strategy by which the fatigue of PZT thin films deposited on Pt\|coated Si wafers can be essentially suppressed.
  KeywordsPZT thin films, polarization fatigue, charged defects, long\|range migration
  
  1 引言
  
  铁电薄膜作为非挥发存储记录介质(FeRAMs),其研究和应用开发经历了1990年代差不多十年的热潮,到今天以在低端存储记录器件中获得规模应用而收场[1—3].信息技术产业将主要目标转向更有竞争潜力的非挥发存储介质,如自旋阀磁随机存储器(MRAMs).同一时期,对铁电薄膜的研究,宣告使用最为广泛和铁电性能最优越的Pb(ZrxTi1-x)O3 (PZT)无法应用于FeRAMs.其原因有两个:一是PZT薄膜极化疲劳行为严重,相关基础研究始终未能解决这一问题[4—6];二是PZT体系含铅,因而以环境污染之名正在被逐步淘汰.
  这里的极化疲劳特指沉积在以Pt为电极材料的Si基片上的PZT薄膜极化疲劳.无论PZT在铁电压电等应用中将被置于何地,其极化疲劳作为一个基础物理问题仍然是值得研究的.因此,本文的研究对象是一个已经很少有人问津的课题.开展这一研究的价值基于两点:(1) 这毕竟是一个未解决的科学问题;(2) 这一问题的解决对于那些与PZT结构相同但是不含Pb的其他潜在铁电材料付诸应用有一定参考价值.
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摘自:物理 2008年第05期  
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