2.尺寸效应的探讨。随着铁电薄膜的发展,铁电尺寸效应问题越发凸显。近几年来,人们从微观与宏观全面的理论、实验等方面进行了深入探讨,证实了介电常数,剩余极化强度,介电常数对于温度的依赖性和极值随薄膜厚度的降低而降低,而损耗因子和矫顽场随膜厚的下降而上升。
3.铁电液晶、铁电聚合物的出现和应用探讨。铁电液晶方面,Meyer于1975年首次发现由手性分子组成的倾斜层状C相液晶具有铁电性[15]。通过研究呈现出铁电液晶其在非线性光学与电光显现方面存在颇多意义,其二次谐波发生效率高于常见的无机非线性光学晶体,而电光显示基于极化翻转,响应速度则比普通丝状液晶快几个数量级。70年代末人们还发现了铁电聚合物,例如奇数尼龙。聚合物的组成复杂,结构多样,铁电聚合物的研发则拓展了铁电体学的研究领域。
4.集成铁电体的研究。由于铁电存储器的诸多长处,近几年来,人们对铁电薄膜与半导体集成投入了大量的研究。由于铁电薄膜制备技术的改革,新的铁电材料及电极材料的出现,铁电存储器又重新出现起色。
1.2铁电存储器的发展
铁电存储器具有诸多优势:1.具有保持性能,能留下数据记忆,使数据不易丢失;2.在辐射情况下,由于电畴内的有效电场比外加电场小,使电子复合概率增大,产生具有较强的抗辐射性,可以在空间和军事方面应用;3.可以在很低的工作电压下持续工作;4.在一般的工作电压下可正常改变存储单元状态,没有擦写延迟,令其读写时间可达到30纳秒的高速度;5.密度高,使得存储能力成数量级地增长。
铁电存储器的真正发展开始于上个世纪的六十年代。1974年,美国McDonnellDouglas公司制备出了全球第一只铁电薄膜存储器。1979年,Ramtron公司利用PZT薄膜制成了4kb磁性随机存取存储器[6]。但此时的铁电存储器存在以下的劣势:1.铁电单位的厚度最高只能达到100μm左右,而且需要有100V的开关电压,这与当时的硅片工艺不相兼容;2.铁电材料的阈值电压与许多参数相关,因而策划器件遭遇诸多现实问题;3.铁电材料(如PZT)一般会出现疲劳,极化强度经过多次的翻转而下降,甚至最终完全失效;4.存储单元之间会引起电磁波的电脉冲[16]。八十年代后期,因为金属有机物化学气相沉淀法、脉冲激光沉积法、溶胶-凝胶法等镀膜工艺的出现再加上新材料的开发,至1993年,Ramtron将第一个商用铁电存储器推荐给世界。基于0.6μm的工艺、1T/1C(即1个晶体管/1支电容)的结构,1994年Sharp公司公布了256kb的磁性随机存取存储器。1995年,Ramtron公司将磁性随机存取存储器电压从5V降到3V,读写次数升高到1012,读写时间达到100ns。1998年三星公司研发出4M的铁电存储器;1999年2月,东芝的研究者建议采用短电容的方法,使FRAM原型的存取时间达到37ns,读写周期达到80ns,但集成密度仍旧不高。经过十多年的不断探索研究,铁电存储器的制备已获得长足的进步。目前,美国德州仪器公司和拉姆特隆公司就基于铁电薄膜研发的64M铁电存储器已经面向市场。东芝与德国英飞凌公司研制成了32M的铁电存储器。韩国三星公司也开发了32M的铁电存储器。美国幸门特立克公司和日本冲电气公司正开发16M的铁电存储器。日本松下公司则利用0.8微米线宽工艺,制成了集成有较大容量铁电存储器的集成电路,该集成电路的体积仅为相同功能产物的五分之一[17]。而我国对铁电材料研究起步晚再加上制作设备的落后,在铁电存储器的制备上与发达国家存在较大差距。同时,与铁电材料有关的新原理、新方法、新应用还有待进行深入的探讨和开发。