一阶回转曲线图谱法及其在HfO2基铁电薄膜极化翻转行为研究中的应用

摘要

铁电材料的极化翻转特性是铁电存储器实现"0,1"信息读写的物理基础,因此极化翻转的稳定性直接决定器件的服役可靠性.在交变电场循环载荷下,HfO2基新型铁电薄膜存在唤醒(wake-up)、疲劳(fatigue)和极化翻转电流峰分裂(split-up)等极化翻转不稳定现象,严重制约了其在铁电存储器件中的实际应用.探明极化翻转行为复杂演变的微观机制,从而提出优化稳定性的可行措施是目前工作的重难点,但是基于传统测试手段的研究难以解决上述问题.一阶回转曲线图谱法被誉为迟滞系统研究中的"指纹鉴定",已在磁性材料特征参数演变规律的解析中得到成功应用.本文首先介绍一阶回转曲线图谱法的基本原理和实现方法,接着以Si掺杂HfO2铁电薄膜为实验对象,利用该方法获得了薄膜内电畴极化翻转特征临界场的分布密度随外场加载历史的演变,为理解铁电材料的极化翻转行为提供了重要的微观物理机理信息.