论文资料-隧道结论文：多阻态隧道结的结构设计与性能研究

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3、越多的关注。目前,主要利用多功能材料设计新型多阻态隧道结,以提高隧道结遂穿阻值状态；不同材料界面处所产生的界面效应对隧道结遂穿特性的影响；外加应力、读取偏压、磁电耦合效应对隧道结遂穿特性的影响等方面对多阻态隧道结进行研究。本文首先利用铁磁材料、铁电材料所具有的极化特性,设计出具有十六种遂穿阻态的隧道结模型；然后以铁磁-铁电-铁磁结构的隧道结为模型,研究了界面磁电耦合特性对隧道结遂穿特性的影响；最后在铁电薄膜介电常数随电场变化的情况下,研究了读取偏压的大小对隧道结遂穿特性的影响。主要内容和结果如下所示：1.利用铁磁材料的磁化特性和铁电材料电极化特性,以铁磁铁电复合薄膜材料作为隧道结的夹层材料,选

4、取具有不同托马斯-费米电荷屏蔽长度的铁磁材料作为隧道结的电极材料,设计出具有十六种遂穿阻值状态的隧道结模型。计算结果表明选择合适的材料参数,该多阻态隧道结模型能够表现出可区分的十六种遂穿阻值状态。2.以铁磁-铁电-铁磁结构隧道结模型为研究对象,选择具有不同托马斯-费米电荷屏蔽长度的电极材料,探讨了影响多阻态隧道结界面磁电耦合强度的主要因素。计算结果表明铁电薄膜的电极化强度、隧道夹层介电常数的大小、电极托马斯-费米屏蔽长度的差异、磁交换分裂能的大小等因素对多阻态隧道结磁电耦合强度有重要的影响。3.以铁磁-铁电-铁磁结构隧道结模型为研究对象,选择具有不同托马斯-费米电荷屏蔽长度的电极材料,研究了读

5、取偏压对隧道结遂穿特性的影响。计算结果表明在不考虑铁电薄膜的介电常数随电场变化的情况下,读取偏压对隧道结遂穿特性的影响很小,几乎可以忽略。当考虑铁电薄膜的介电常数随电场变化的情况时,读取偏压对隧道结的遂穿特性有较大的影响,这一结论与实验结果在一定程度上相吻合。【英文摘要】Recently, with the developments of science of materials and technology of thin film preparation, multi-resistive-states tunnel junctions have attracted increasing a

6、ttention due to their advantages of application in memories, switchable devices and spintronic devices. The main points of how to design novel multi-resistive-states tunnel junctions using multifunctional material to increase the tunnel resistive states, the interfacial effect on the properties of t

7、unnel junctions, the influence of applied stress, bias voltage and magnetoelectric coupling on the properties of tunnel junctions are the hot topics in the research of this field.This paper focuses on three parts. The model of sixteen resistive state of tunnel junction with polarized ferromagnetic,

8、ferroelectric material is designed firstly. Then the influence of interfacial magnetoelectric coupling on the properties of tunnel junction is investigated in ferromagnetic-ferroelectric-ferromagnetic tunnel junction. In the end, the influence of applied bias voltage on the properties of tunnel junc

9、tion is studied. The main points and results are shown as follows:1. Choosing the ferromagnetic-ferroelectric composite films as tunnel barrier and ferromagnetic material with different Thomas-Fermi screening lengths as the electrodes, tunnel junction with sixteen resistive states is designed. Calcu

10、lations show that choosing proper parameters, the multi-resistive-states tunnel junction could present sixteen distinguishable tunnel resistive states.2. The influence of interfacial magnetoelectric coupling on multi-resistive-states tunnel junction with different electrodes in Thomas-Fermi screenin

11、g lengths is studied in ferromagnetic-ferroelectric-ferromagnetic tunnel junction. The results show that the ferroelectric polarization, the ferroelectric permittivity of tunnel barrier, the Thomas-Fermi screening lengths of the electrodes, magnetic exchange splitting energy are key factors effectin

12、g the magnetoelectric coupling.3. The influence of applied bias voltage on the property of multi-resistive-states tunnel junction with different Thomas-Fermi screening lengths in the electrodes is investigated in ferromagnetic-ferroelectric-ferromagnetic tunnel junction. The results show that the ef

13、fect of applied bias voltage could safely neglect when the permittivity of ferroelectric barrier is independent of electric field. However, considering the permittivity of ferroelectric barrier depending on the electric field, the applied bias voltage could have a strong influence on the properties

14、of tunnel junction, which partly agrees with the experimental results.【关键词】隧道结 磁电耦合 读取偏压 遂穿电阻 遂穿磁阻【英文关键词】tunnel junction magnetoelectric coupling applied bias voltage tunneling electroresistance tunneling magnetoresistace【目录】多阻态隧道结的结构设计与性能研究 摘要 4-5 Abstract 5-6 第1章 绪论 9-30 1.1 多阻态隧道结 9-19 1.1.1 一般隧道

15、结 9 1.1.2 磁性隧道结 9-13 1.1.3 铁电隧道结 13-15 1.1.4 多铁隧道结 15-17 1.1.5 磁电复合隧道结 17-19 1.2 多阻态隧道结的特性参数 19-23 1.2.1 遂穿电阻值 19-21 1.2.2 遂穿磁阻率 21-22 1.2.3 自旋阀率 22-23 1.2.4 遂穿电阻率 23 1.3 多阻态隧道结的研究进展 23-26 1.4 多阻态隧道结的研究所面临的问题 26-28 1.4.1 多阻态隧道结的遂穿阻态问题 26-27 1.4.2 多阻态隧道结中的磁电耦合问题 27 1.4.3 在提高遂穿电阻率和遂穿磁阻率方面 27 1.4.4 温度、

16、偏压、应力等对多组态隧道结性能的影响 27 1.4.5 多阻态隧道结中各材料层之间的界面效应 27-28 1.4.6 在提高单相多铁材料的铁性方面 28 1.5 本课题的选取依据与主要研究内容 28-30 第2章 十六阻态隧道结理论模型的设计 30-38 2.1 引言 30 2.2 理论模型的建立 30-32 2.3 夹层厚度对遂穿电阻的影响 32-33 2.4 磁交换分裂能对自旋阀率的影响 33-34 2.5 电极化强度对遂穿电阻率的影响 34-35 2.6 各遂穿电导与磁交换分裂能、电极化强度的关系 35-36 2.7 小结 36-38 第3章 隧道结中界面磁电耦合特性的研究 38-49

17、3.1 引言 38 3.2 磁电耦合方面的研究进展 38-44 3.3 磁电隧道结中界面磁电耦合 44-48 3.4 小结 48-49 第4章 读取偏压对多阻态隧道结性能的影响 49-55 4.1 引言 49 4.2 读取偏压对遂穿特性影响的研究进展 49-50 4.3 读取偏压对铁电夹层介电常数的影响 50-51 4.4 读取偏压对遂穿特性的影响 51-53 4.5 小结 53-55 总结与展望 55-57 参考文献 57-62 致谢 62-63 个人简历、攻读学位期间发表的论文目录 63 薆羁膅芄薅肃莀薃薄螃膃蕿薃羅葿蒅薂肈节莁薁膀肄虿薁衿芀薅薀羂肃蒁虿肄芈莇蚈螄肁芃蚇羆芆蚂蚆肈腿薈蚅膁莅蒄蚅袀膈莀蚄羃莃芆蚃肅膆薅螂螅莁蒁螁袇膄莆螀聿莀莂蝿膂节蚁蝿袁肅薇螈羃芁蒃螇肆肄荿袆螅艿芅袅袈肂薄袄羀芇蒀袃膂肀蒆袃袂莆莂袂羄膈蚀袁肇莄薆袀腿膇蒂罿衿莂莈薆羁膅芄薅肃莀薃薄螃膃蕿薃羅葿蒅薂肈节莁薁膀肄虿薁衿芀薅薀羂肃蒁虿肄芈莇蚈螄肁芃蚇羆芆蚂蚆肈腿薈蚅膁莅蒄蚅袀膈莀蚄羃莃芆蚃肅膆薅螂螅莁蒁螁袇膄莆螀聿莀莂蝿膂节蚁蝿袁肅薇螈羃芁蒃螇肆肄荿袆螅艿芅