高介电铁电薄膜的空间电荷限制电流模拟
在传统模型中，介电常数的电场依赖效应是通过实验曲线拟合得到的，缺少理论基础。另一方面，有文献指出铁电非线性（极化）对电压–电流特性有很重要的影响。尽管已有相关模型研究这种影响，但模型中存在一些缺陷。在本文中我们利用铁电极化的导数得到介电常数，进而获得空间电荷限制电流。为了验证我们模型的有效性，以(Ba,Sr)TiO3薄膜为例，研究了不同掺杂浓度、铁电参数和薄膜厚度对漏电流的影响。模拟出的电流-电压特性曲线呈现两个区域：斜率为1.99的低电场区域和斜率为1.00的高电场区域。在低电场区域，电流密度随迁移率、剩余极化强度和剩余极化强度与饱和极化强度之比的增大而增大，随矫顽电场和薄膜厚度的增大而减小，不随饱和极化强度变化。在高电场区域，漏电流随迁移率、饱和极化强度和矫顽电场的增大而增大，随剩余极化强度、剩余极化强度与饱和极化强度之比和薄膜厚度的增大而减小。模拟结果与实验进行了对比，验证了高电场准欧姆区域是由介电常数的电场依赖效应引起的，证明了高介电铁电薄膜的铁电极化对漏电流存在影响。希望这项工作会对高介电铁电薄膜电容器和其他薄膜器件的设计和性能改进提供有用的指导。
铁电薄膜 高介电性能 空间电荷 电流模拟 电场依赖效应 铁电极化 电压-电流特性
孙静 郑学军
湘潭大学材料与光电物理学院，湖南湘潭 411105 湘潭大学材料与光电物理学院，湖南湘潭 411105 低维材料及其应用技术教育部重点实验室（湘潭大学），湖南湘潭 411105
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2010-06-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）