二维层状材料α-In 2 Se 3 铁电性及铁电器件应用的研究

发布时间：2025-06-06 01:53

　　室温超薄铁电体是制备大容量非易失性存储器的关键材料。在过去的几十年,以钙钛矿结构复杂氧化物为代表的传统铁电薄膜被广泛研究。然而,受限于潜在的临界尺寸效应,即在其厚度减薄的过程中铁电性会出现减弱甚至消失的现象,发展基于传统铁电体的纳米电子学器件遇到了极大的挑战。二维范德华尔斯材料得益于天然稳定的层状结构、表面饱和的化学特性以及层间微弱的相互作用,为在原子尺度极限厚度下实现二维铁电性提供了优良的材料基础,也为下一代多功能器件的发展提供了研究平台。目前,面内方向的二维铁电极化已在单胞厚度的SnTe晶体中实现[1],而在二维材料CuInP2S6中发现的更具应用价值的室温面外铁电性只能维持在4个纳米以上[2]。α-In2Se3是一种层状半导体材料,具有优异的光电特性而被广泛关注,此外其独特的面内-面外铁电耦合有可能实现单层极限下面外铁电有序[3]。可以预见,层状二维铁电材料将为未来纳米电子学器件的进一步微型化和柔性化提供新的机遇和可能。本论文主要致力于α-In2Se3铁电性相关的研究,论文的内容包括:第一章我们将首先回顾传统铁电研究的相关背景,其次介绍二维铁电体的研究进展及铁电体在电子器件的应用,...

【文章页数】：108 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 铁电物理背景
        1.2.1 铁电体结构及特性
        1.2.2 铁电相变微观理论
        1.2.3 铁电体临界尺寸效应
    1.3 层状材料铁电性
        1.3.1 二维铁电性研究进展
        1.3.2 二维α-In₂Se₃中的室温铁电性
    1.4 铁电器件的应用
        1.4.1 铁电二极管
        1.4.2 铁电隧道结
        1.4.3 铁电电容器
        1.4.4 铁电栅场效应晶体管
    1.5 总结
2 第二章 实验方案
    2.1 压电力显微镜
        2.1.1 压电效应
        2.1.2 铁电畴
        2.1.3 压电力显微镜工作原理
        2.1.4 系统固有背景信号
        2.1.5 非压电信号
    2.2 样品的制备与表征
    2.3 电极制备流程及设备介绍
        2.3.1 电极制备流程
        2.3.2 设备介绍
3 第三章 α-In₂Se₃的铁电性证明
    3.1 前言
    3.2 样品制备与表征
    3.3 PFM测试结果与分析
        3.3.1 薄膜铁电性
        3.3.2 铁电极化对α-In₂Se₃厚度的依赖性
        3.3.3 α-In₂Se₃薄层中的条纹域结构
    3.4 小结
4 第四章 α-In₂Se₃铁电二极管
    4.1 前言
    4.2 器件制备及样品表征
    4.3 铁电二极管
        4.3.1 金属/α-In₂Se₃/石墨烯铁电二极管
        4.3.2 FLG/α-In₂Se₃/石墨烯铁电二极管
    4.4 小结
5 第五章 α-In₂Se₃铁电栅场效应晶体管
    5.1 前言
    5.2 异质结制备与表征
    5.3 实验结果与分析
    5.4 小结
6 第六章论文总结
参考文献
在读期间已发表的学术论文与参加的学术会议
致谢
附录: 常见英文缩写



本文编号：4049612