[發(fā)明專利]一種位錯對鐵電材料疇結(jié)構(gòu)影響機(jī)理的分析方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710193785.2
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN107025339B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣麗梅;徐肖飛;明浩;廖敏;楊瓊;彭強(qiáng)祥;周益春
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 11489 北京中政聯(lián)科專利代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 陳超

本發(fā)明實施例公開了一種位錯對鐵電材料疇結(jié)構(gòu)影響機(jī)理的分析方法和系統(tǒng)，該方法包括：步驟S1，建立包含壓電效應(yīng)的第一壓電效應(yīng)計算模型；步驟S2，基于位錯在鐵電材料中引起的應(yīng)力應(yīng)變場和第一壓電效應(yīng)計算模型，建立包含位錯的第二壓電效應(yīng)計算模型；步驟S3，基于包含位錯的第二壓電效應(yīng)計算模型和撓曲電效應(yīng)能量密度方程，建立撓曲電效應(yīng)計算模型；步驟S4，基于包含位錯的第二壓電效應(yīng)計算模型和撓曲電效應(yīng)計算模型，生成極化矢量圖和/或極化云圖。本發(fā)明實施例與傳統(tǒng)的僅考慮壓電效應(yīng)的位錯相場模型相比，考慮了撓曲電效應(yīng)，獲得了與實驗結(jié)果更吻合的模擬結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鐵電材料模擬技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種位錯對鐵電材料疇結(jié)構(gòu)影響機(jī)理的分析方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)半導(dǎo)體存儲器主要有兩大體系：易失性存儲器和非易失性鐵電存儲器。

非易失性鐵電存儲器(FRAM)是由美國Ramtron公司生產(chǎn)的非易失性鐵電介質(zhì)讀寫存儲器。其核心是鐵電晶體材料，鐵電晶體材料使得鐵電存儲產(chǎn)品同時擁有隨機(jī)存儲器(RAM)和非易失性存儲器的特性。非易失性鐵電存儲器因其眾多優(yōu)良的特性有著廣泛的應(yīng)用潛力，被譽(yù)為最有潛力的存儲器。然而，非易失性鐵電存儲器存在一系列亟待解決的失效問題(例如，鐵電材料的退化問題)，這些失效問題都與鐵電材料的極化(即疇結(jié)構(gòu))有關(guān)。鐵電材料中存在的缺陷(例如，位錯)通常會是極化翻轉(zhuǎn)過程中新疇結(jié)構(gòu)的潛在成核點，因而深入研究缺陷對極化翻轉(zhuǎn)的影響，對提高鐵電性能和防止鐵電存儲器的退化來說是迫切需要的。

位錯是最常見的一種缺陷，它會在鐵電材料制備過程中不可避免地產(chǎn)生。由于實驗無法直觀測量到位錯對極化(即疇結(jié)構(gòu))的具體影響作用，因而常通過理論模型來進(jìn)行內(nèi)在機(jī)理的研究。

為了研究位錯對鐵電材料極化(即疇結(jié)構(gòu))的具體影響作用，Alpay等人通過基于Landau-Devonshire形式的熱力學(xué)模型研究位錯處的極化梯度對鐵電材料鐵電性能的影響，發(fā)現(xiàn)鐵電材料中的位錯會形成影響電疇翻轉(zhuǎn)的死層，該死層也會減弱鐵電材料其他鐵電性能；Zheng等人通過相場理論研究鐵薄膜/基底界面處位錯對鐵電材料電學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)界面位錯會在高溫下極大地減小鐵電材料的平均極化，從而數(shù)倍地減小有效的居里溫度，并對局部介電性能產(chǎn)生非常大的影響。

雖然以上研究中所采用模型均考慮了極化與位錯應(yīng)變場的耦合，即壓電效應(yīng)，它們在一定程度能揭示位錯與鐵電材料極化的相互作用。但是由于位錯附近存在巨大的應(yīng)變梯度，這個巨大的應(yīng)變梯度會與極化通過撓曲電耦合效應(yīng)發(fā)生耦合，最終產(chǎn)生撓曲電極化，從而顯著改變附近極化場的分布。而現(xiàn)有的位錯理論模型只考慮了壓電效應(yīng)，均未考慮撓曲電效應(yīng)，撓曲電效應(yīng)的忽略會導(dǎo)致位錯在鐵電材料極化(即疇結(jié)構(gòu))演化及失效中所起作用被嚴(yán)重低估。

因此，有必要提出一種同時考慮壓電效應(yīng)和撓曲電效應(yīng)的理論模型，以觀察鐵電材料內(nèi)不同角度的刃型位錯對鐵電疇結(jié)構(gòu)的影響，使得模擬結(jié)果更準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種位錯對鐵電材料疇結(jié)構(gòu)影響機(jī)理的分析方法和系統(tǒng)，本發(fā)明針對現(xiàn)有位錯相場模型存在的問題，提供一種簡單、準(zhǔn)確的模擬方法，通過分析不同柏氏矢量方向的位錯對鐵電材料疇結(jié)構(gòu)變化的影響，揭示了現(xiàn)有技術(shù)中較難直接測量到的位錯影響機(jī)理。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個方面提供了一種位錯對鐵電材料疇結(jié)構(gòu)影響機(jī)理的分析方法，所述方法包括：

步驟S1，建立包含壓電效應(yīng)的第一壓電效應(yīng)計算模型；

步驟S2，基于位錯在鐵電材料中引起的應(yīng)力應(yīng)變場和第一壓電效應(yīng)計算模型，建立包含位錯的第二壓電效應(yīng)計算模型；

步驟S3，基于包含位錯的第二壓電效應(yīng)計算模型和撓曲電效應(yīng)能量密度方程，建立撓曲電效應(yīng)計算模型；

步驟S4，基于包含位錯的第二壓電效應(yīng)計算模型和所述撓曲電效應(yīng)計算模型，生成極化矢量圖和/或極化云圖。