超薄铁电薄膜位错生成机理研究

超薄纳米尺度铁电薄膜具有重量轻、抗辐照、功耗低、高介电和高存取速度等优点，是制作红外探测及成像、超小电容及高密度存储等微型器件的理想材料。目前薄膜的制作工艺大多使用沉积的方法完成，当薄膜达到一定厚度时，界面位错的生成难以避免。对于铁电薄膜特别是纳米级铁电薄膜而言，由于铁电相变即自发极化的出现所引起的结构应变使得铁电薄膜位错生成机理变得较为复杂，目前还没有得到系统的研究。因此，本项目根据经典的Landau-Devonshire方程，我们首次将铁电薄膜唯象理论和位错理论结合起来，建立理论模型，使其能够有效地预测位错生成的临界厚度和位错对薄膜性能的影响规律；并利用分子动力学模拟，计算不同条件下铁电薄膜位错生成的临界厚度，研究位错生成对铁电薄膜性能影响的机理；最后用实验数据检验理论模型和模拟计算的可靠性，为揭示超薄铁电薄膜微观结构的演化规律及性能变化的机理提供基础。

在本项目研究经费支持下，指导博士研究生3名，硕士研究生4名。相关研究成果目前在SCI收录的国际杂志上发表及待发表5篇，已申请专利3个。.研究工作按照计划进行，本研究根据经典的Landau-Devonshire方程，我们首次将铁电薄膜唯象理论和位错理论结合起来，建立了铁电薄膜中位错生成临界厚度模型和界面位错对铁电薄膜相关性能影响的理论模型，使其能够有效地预测位错生成的临界厚度和位错对薄膜性能的影响规律。.利用分子动力学模拟，计算不同条件下铁电薄膜位错生成的临界厚度，研究位错生成对铁电薄膜性能影响的机理，在此基础上，我们建立其介电、居里-外斯关系随界面位错生成的解析表达式，相关研究工作结果正在整理中。.分析了铁电薄膜界面位错生成后力场的分布规律，并给出了C1和C2型位错生成后铁电薄膜的力场分布规律，为研究界面位错对铁电薄膜相关特性的影响打下了基础；基于相场理论及分子动力学模拟对多界面位错生成后铁电薄膜极化的分布和不同介电常数下多界面位错生成后铁电薄膜极化的分布。.最后用实验数据检验理论模型和模拟计算的可靠性，为揭示超薄铁电薄膜微观结构的演化规律及性能变化的机理提供基础。通过热力学、分子动力学初步探讨了外延生长在衬底上铁电薄膜的生成机制以及极化分布变化的规律，给出位错点附近局部极化增强和减弱的区域；尝试了通过实验的方法测量界面位错生成对铁电薄膜平均极化的改变规律，初步总结铁电薄膜相变温度与界面位错密度的关系；初步将实验结果和理论结果进行比较，总结和发现内在的物理关系，相关研究成果也在进一步整理中，完成后将投送到SCI主要国际期刊。