1. 研究目的与意义
背景：近年来，由于铁电材料在纳米电子器件中的潜在应用，掀起了对铁电材料研究的广泛兴趣，尤其是对铁电隧道结的研究。同时随着纳米薄膜制备技术的发展，实验室已经能够制备出1纳米的超薄铁电薄膜，由于衬底材料和铁电薄膜之间的应力作用，使得铁电薄膜在超薄情况下仍保持铁电性。对钙钛矿铁电氧化物的实验研究显示，当材料的尺寸降低到纳米尺寸时仍可保持良好的铁电性，这使在隧道结中使用铁电薄膜作为势垒成为可能。由于极化与外电场平行和反平行时铁电隧道结的隧穿电阻比值可以达到103-104数量级，因此铁电纳米薄膜电容器结构可以用作新的存储器件，利用高电阻态和低电阻态来实现逻辑上的0和1。与传统存储器相比，铁电存储器具有读写数据的速度快和能耗低等优点。
目的：影响铁电隧道结铁电性稳定的一个重要因素是存在于隧道结内部的退极化场，这是由于铁电隧道结中在铁电垒的两个界面存在没有被完全屏蔽的极化电荷，从而导致了隧道结内部退极化场的产生，并且退极化场随着铁电薄膜厚度的减小而增强，因而铁电隧道结的尺寸的减小将不利于势垒铁电性的保持。随着对铁电隧道结的进一步研究，人们发现隧道结的输运性质还受一个重要因素影响，就是存在于铁电垒和电极之间的界面，通常在铁电隧道结的制备过程中界面是不可避免地存在的，界面将会引起铁电垒内部极化分布的不均匀。界面的产生主要有以下几点：一是铁电-电极（ferroelectric-metal）界面处的铁电垒内部的原子和邻近电极中原子的结合形成界面极化，对不同的界面，有些界面极化是可以在外加电场作用下翻转，有些则是不能被翻转；二是由铁电薄膜和衬底材料的晶格常数和热力学系数的失配造成；三是由制备过程中的缺陷所引起的,目的是研究界面对铁电隧道结的电致电阻效应和器件功能的影响。
意义：和传统的电介质隧道结（dtj）和磁性隧道结（mtj）相比，由于铁电材料具有自发极化，于是在势垒与电极界面上产生极化电荷和屏蔽电荷，并分别在势垒和电极内部产生退极化场和屏蔽电势，从而影响隧道结的电势分布，因此铁电隧道结电输运性质和传统隧道结电输运性质存在明显的差异，并且随着纳米技术的发展，实验室已经制备出l纳米的超薄铁电薄膜，由于衬底材料和铁电薄膜之间的应力作用，使得铁电薄膜在超薄情况下仍保持铁电性，因此这使在隧道结中使用铁电材料作为势垒成为可能。由于铁电垒中存在自发极化，当铁电极化与外电场平行和反平行时的隧穿电阻比值可以达到103-104数量级, 因此铁电纳米薄膜电容器结构可以作为新的存储器件, 利用高电阻态和低电阻态来实现逻辑上的0和1，相对于目前硬盘技术的磁电阻机制, 基于铁电隧道结隧穿机制的铁电存储器的优点在于其读写数据的速度更快, 因此有着重要的研究意义。
2. 研究内容和预期目标
研究内容：一般情况下，在金属电极和铁电垒之间必然存在界面，而且界面结构和性质对铁电垒磁性隧道结的输运性质影响很重要。
界面层对纳米铁电异质结的电子结构、磁结构以及磁电耦合影响非常重要。界面是隧道结制备过程中必然会出现的结构，也可以是人为引进的界面掺杂层。 希望通过对界面效应微观机理的研究，探讨如何增强铁电垒磁性隧道结的磁电耦合、铁电垒的自发极化、电致电阻效应和磁致电阻效应。这对存储器件设计的应用研究和相关基础物理问题研究都是非常有意义的。可以利用普通物理学中静电学知识给出电容器结构的铁电薄膜中的电势分布,进而利用量子力学的势垒贯穿原理计算遂穿系数,给出隧道结的电致电阻系数，分析界面对隧道结的电致电阻的影响,从而为纳米铁电期间的应用提供理论支撑,具有重要的学术价值和应用背景.
任务要求：以金属/铁电势垒/金属铁电隧道结为原型，分别考虑和分析左右界面极化的方向以及界面的介电常数对在隧道结的遂穿电阻和电致电阻效应的影响，包括以下可能性，需要考虑界面极化是否是钉扎的，以及左右界面极化的方向和大小等因素对该结构电子输运性质的影响，对我们课题组相关计算结果进行总结和分析。最后得到自己的结论，并提出改进的可能方案。
3. 研究的方法与步骤
利用普通物理学中静电学知识给出电容器结构的铁电薄膜中的电势分布,进而利用量子力学的势垒贯穿原理计算遂穿系数,给出隧道结的电致电阻系数.通过该课题的训练可以使同学把本科阶段学到的知识应用到实际的研究中来,在阅读相关文献的基础之上,对文献进行分析综合,特别是我们自己课题组的文章进行重点精读.
1.具体工作如下：
(1)界面的极化对ter的影响
4. 参考文献
1 ping sun, yin-zhong wu, su-hua zhu, tian-yi cai, and sheng ju，interfacial dead layer effects on current-voltage characteristics in asymmetric ferroelectric tunnel junctions[j], j. appl. phys. 2013,113:174101.
2wu yz, pinned interface dipole-induced tunneling electroresistance in ferroelectric tunneling junctions: a theoretical investigations[j], j. appl. phys. 2012,112: 054104.
3 ping sun, yin-zhong wu(通讯作者), tian-yi cai, and sheng ju, effects of ferroelectric dead layer on the electron transport in ferroelectric tunneling junctions[j], appl. phys. lett., 2011, 99: 052901.
5. 计划与进度安排
第七学期 4-11周 毕业论文命题对本学院教师提出命题要求，布置任务，教师命题
12 13周 毕业论文课题 申报、审题 指导教师填写毕业论文题目申报表，经系部和学院审核，然后进入教务系统进行毕业论文题目申报。
14-18周 学生网上选题 学生网上选题，视学生选题情况作适当调整。选题结束，指导老师向学生下达任务，学生根据要求收集资料。
