铁电场效应晶体管保持性能损失过程中铁电畴变的实时观测与相场模拟

保持性能损失是制约铁电场效应晶体管(FeFET)商业化应用的瓶颈，目前对FeFET保持性能损失的研究，基本上是靠经验式的实验探索，很难抓住FeFET保持性能损失的本质。铁电畴结构是决定铁电材料和器件性能的基础和根本。本项目将从FeFET保持性能损失过程中铁电畴变的角度探索FeFET的保持性能损失机理。一方面，利用压电模式原子力显微镜(PFM)技术实时观测不同界面和应变状态下FeFET保持性能损失过程中的铁电畴变；另一方面，基于FeFET的结构特点，考虑退极化场、应变、边界效应等，发展一套相场方法，模拟不同界面和应变状态下FeFET保持性能损失过程中的铁电畴变。结合实验观测和理论模拟结果，分析不同界面和应变状态下FeFET保持性能损失过程中的畴变规律。最后，再结合FeFET的界面、应变和保持性能等分析，探索FeFET的保持性能损失机理，为提高FeFET的保持性能提供理论依据和实验指导。

本研究打破了对铁电场效应管(FeFET)保持性能损失的经验式实验探索模式，从决定铁电材料和器件性能的本质铁电畴变的角度出发。一方面，发展了压电模式原子力显微镜(PFM)实时观测FeFET保持性能损失过程中铁电畴变的实验技术，分别研究了FeFET短时间和长时间保持性能损失过程中的铁电畴变。另一方面，基于FeFET的结构特点，考虑退极化场、应变、边界效应等，发展了模拟FeFET保持性能损失过程中的铁电畴变的相场方法，研究了退极化场、晶格失配应变和空间电荷分布等对FeFET性能的影响。然后，结合实验观测和理论模拟结果，建立了FeFET保持性能模型，探索了FeFET的保持性能损失机理。这些工作为晶体管型铁电存储器的实际应用提供了重要的基础。.在该项目的资助下，在SCI源刊上发表学术论文23篇，期刊影响因子全部在1.0以上；授权国家发明专利1项。在学科建设、人才培养方面也取得了一定成绩，培养了博士研究生2名，硕士研究生8名。研究成果获得湖南省自然科学一等奖，项目负责人获得湖南省青年科技奖。研究成果被列入国际铁电存储器发展趋势报告中，项目负责人被邀请在国际断裂会议、智能材料与纳米技术国际会议、中国力学大会等国际国内学术会议上做邀请报告。