Nghiên Cứu Đặc Trưng Sắt Điện Của Màng Micro/Nano BLT, PZT Ứng Dụng Cho Bộ Nhớ Sắt Điện

Luận án tiến sĩ nghiên cứu nghiên cứu đặc trưng sắt điện của màng micro nano blt pzt chế tạo bằng phương pháp dung dịch định, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng

• Tác giả: Đỗ Hồng Minh
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Nguyên Quốc Trình
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật liệu và linh kiện nano
• Đề tài: Nghiên Cứu Đặc Trưng Sắt Điện Của Màng Micro/Nano BLT, PZT
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Đặc Trưng Sắt Điện Màng BLT PZT 55 Ký Tự

Nghiên cứu đặc trưng sắt điện của màng mỏng BLT và màng mỏng PZT ở kích thước micro/nano đang thu hút sự quan tâm lớn. Lý do là tiềm năng ứng dụng của chúng trong các thiết bị linh kiện sắt điện như bộ nhớ sắt điện (FeRAM) và bộ vi cơ điện tử (MEMS). Kích thước micro/nano mang lại nhiều ưu điểm về mật độ tích hợp và hiệu năng. Tuy nhiên, việc kiểm soát và tối ưu hóa các tính chất sắt điện ở kích thước nhỏ đặt ra những thách thức đáng kể. Nghiên cứu này tập trung vào việc chế tạo và phân tích đặc trưng sắt điện của màng micro BLT, màng nano BLT, màng micro PZT và màng nano PZT. Các phương pháp chế tạo màng mỏng BLT và màng mỏng PZT bằng phương pháp sol-gel hoặc phương pháp lắng đọng bốc bay xung laser (PLD) thường được sử dụng. Phân tích cấu trúc và tính chất điện là bước quan trọng để đánh giá chất lượng màng. Sự hiểu biết sâu sắc về ảnh hưởng kích thước micro/nano sẽ góp phần vào việc phát triển các thiết bị sắt điện hiệu năng cao.

1.1. Ứng Dụng Tiềm Năng Của Vật Liệu Sắt Điện Trong Bộ Nhớ

Các vật liệu sắt điện như BLT (Bi4Ti3O12) và PZT (PbZrTiO3), đặc biệt ở dạng màng mỏng, có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị bộ nhớ sắt điện (FeRAM). Ưu điểm của FeRAM bao gồm tốc độ đọc/ghi nhanh, khả năng lưu trữ dữ liệu không bay hơi và tiêu thụ năng lượng thấp. Do đó, FeRAM là một giải pháp thay thế hấp dẫn cho các công nghệ bộ nhớ hiện tại như DRAM và Flash. Nghiên cứu về đặc trưng sắt điện của màng mỏng BLT và màng mỏng PZT đóng vai trò then chốt trong việc cải thiện hiệu suất của FeRAM.

1.2. Thách Thức Kiểm Soát Tính Chất Vật Liệu Ở Kích Thước Nano

Mặc dù có nhiều ưu điểm, việc thu nhỏ kích thước vật liệu sắt điện xuống micro/nano đặt ra nhiều thách thức. Các yếu tố như ảnh hưởng kích thước micro/nano, hiệu ứng bề mặt và sự suy giảm tính chất sắt điện cần được kiểm soát chặt chẽ. Nghiên cứu này tập trung vào việc tìm hiểu và khắc phục những hạn chế này, đồng thời tối ưu hóa quy trình chế tạo để đạt được màng mỏng BLT và màng mỏng PZT chất lượng cao với đặc trưng sắt điện mong muốn.

II. Các Vấn Đề Hạn Chế Của Màng BLT PZT Micro Nano 58 Ký Tự

Mặc dù màng mỏng BLT và màng mỏng PZT hứa hẹn nhiều tiềm năng, chúng vẫn tồn tại một số vấn đề cần giải quyết. Một trong những vấn đề chính là độ trễ sắt điện, có thể ảnh hưởng đến hiệu năng của các thiết bị. Ngoài ra, cường độ điện trường cưỡng bức cao và tổn hao điện môi lớn cũng là những thách thức. Việc giảm thiểu các yếu tố này là rất quan trọng để cải thiện độ tin cậy và tuổi thọ của các thiết bị dựa trên vật liệu sắt điện. Nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc tinh thể BLT, cấu trúc tinh thể PZT, và các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất sắt điện là cần thiết.

2.1. Ảnh Hưởng Của Độ Trễ Sắt Điện Lên Hiệu Năng Thiết Bị

Độ trễ sắt điện là một đặc trưng quan trọng của vật liệu sắt điện, nhưng nó cũng có thể gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu năng của thiết bị. Độ trễ lớn có thể dẫn đến việc chuyển đổi trạng thái chậm chạp và tiêu thụ năng lượng cao. Việc giảm thiểu độ trễ là một trong những mục tiêu chính của các nghiên cứu về màng mỏng BLT và màng mỏng PZT.

2.2. Tối Ưu Hóa Cường Độ Điện Trường Giảm Tổn Hao Điện Môi

Cường độ điện trường cưỡng bức cao và tổn hao điện môi lớn là những thách thức khác đối với việc ứng dụng màng mỏng BLT và màng mỏng PZT trong các thiết bị. Cường độ điện trường cưỡng bức cao đòi hỏi điện áp hoạt động lớn, trong khi tổn hao điện môi cao dẫn đến tiêu hao năng lượng. Các phương pháp tối ưu hóa quy trình chế tạo và điều chỉnh thành phần vật liệu có thể giúp giảm thiểu các yếu tố này.

2.3. Sự Xuống Cấp Tính Chất Do Ảnh Hưởng Kích Thước Micro Nano

Khi kích thước vật liệu sắt điện giảm xuống micro/nano, tính chất sắt điện có thể bị suy giảm do các hiệu ứng bề mặt và ảnh hưởng kích thước micro/nano. Việc hiểu rõ cơ chế của sự suy giảm này và tìm ra các biện pháp khắc phục là rất quan trọng để phát triển các thiết bị sắt điện có hiệu năng cao ở kích thước nhỏ.

III. Phương Pháp Chế Tạo Màng BLT PZT Kích Thước Micro Nano 59 Ký Tự

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp sol-gel và phương pháp lắng đọng bốc bay xung laser (PLD) để chế tạo màng micro BLT, màng nano BLT, màng micro PZT và màng nano PZT. Phương pháp sol-gel cho phép kiểm soát thành phần và cấu trúc màng một cách dễ dàng. Trong khi đó, phương pháp PLD cung cấp khả năng tạo ra các màng mỏng có độ tinh khiết cao và cấu trúc tinh thể tốt. Việc lựa chọn phương pháp chế tạo phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Phân tích bằng phân tích XRD, phân tích AFM và phân tích SEM được sử dụng để đánh giá chất lượng màng.

3.1. Ưu Điểm Của Phương Pháp Sol Gel Trong Chế Tạo Màng Mỏng

Phương pháp sol-gel là một kỹ thuật phổ biến để chế tạo màng mỏng với nhiều ưu điểm. Nó cho phép kiểm soát thành phần và cấu trúc màng một cách dễ dàng, đồng thời có chi phí tương đối thấp so với các phương pháp khác. Phương pháp sol-gel đặc biệt phù hợp cho việc chế tạo màng mỏng BLT và màng mỏng PZT với độ đồng đều cao.

3.2. Lắng Đọng Bốc Bay Xung Laser PLD Cho Màng Tinh Khiết

Phương pháp lắng đọng bốc bay xung laser (PLD) là một kỹ thuật khác được sử dụng để chế tạo màng mỏng. PLD cung cấp khả năng tạo ra các màng mỏng có độ tinh khiết cao và cấu trúc tinh thể tốt. Tuy nhiên, PLD có thể phức tạp hơn và đắt đỏ hơn so với phương pháp sol-gel.

3.3. Tối Ưu Hóa Quy Trình Ủ Nhiệt Để Cải Thiện Cấu Trúc Tinh Thể

Quy trình ủ nhiệt là một bước quan trọng trong quá trình chế tạo màng mỏng BLT và màng mỏng PZT. Ủ nhiệt giúp cải thiện cấu trúc tinh thể của màng, từ đó nâng cao tính chất sắt điện. Việc tối ưu hóa nhiệt độ và thời gian ủ nhiệt là rất quan trọng để đạt được màng mỏng chất lượng cao.

IV. Phân Tích Đặc Trưng Sắt Điện Màng Micro Nano BLT PZT 58 Ký Tự

Nghiên cứu sử dụng nhiều phương pháp để phân tích đặc trưng sắt điện của màng micro BLT, màng nano BLT, màng micro PZT và màng nano PZT. Phương pháp đo P-E loop được sử dụng để xác định độ phân cực dư, cường độ điện trường cưỡng bức và độ trễ sắt điện. Đo điện dung và tổn hao điện môi cũng được thực hiện để đánh giá chất lượng điện môi của màng. Ngoài ra, phân tích XRD được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể của màng và phân tích AFM để đánh giá hình thái bề mặt.

4.1. Đo P E Loop Để Xác Định Đặc Tính Trễ Phân Cực

Phương pháp đo P-E loop là một kỹ thuật quan trọng để xác định đặc trưng sắt điện của màng mỏng. P-E loop cung cấp thông tin về độ phân cực dư, cường độ điện trường cưỡng bức và độ trễ sắt điện. Dựa vào P-E loop, có thể đánh giá chất lượng và hiệu năng của vật liệu sắt điện.

4.2. Phân Tích Điện Dung Tổn Hao Điện Môi Đánh Giá Chất Lượng

Đo điện dung và tổn hao điện môi là những phương pháp khác để đánh giá chất lượng điện môi của màng mỏng. Điện dung cao và tổn hao điện môi thấp là những yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu năng của các thiết bị dựa trên vật liệu sắt điện.

4.3. Sử Dụng Phân Tích XRD AFM Để Nghiên Cứu Cấu Trúc Vật Lý

Phân tích XRD được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể của màng mỏng và phân tích AFM để đánh giá hình thái bề mặt. Cấu trúc tinh thể và hình thái bề mặt có ảnh hưởng lớn đến tính chất sắt điện của màng. Do đó, việc phân tích bằng XRD và AFM là rất quan trọng.

V. Ứng Dụng Màng BLT PZT Trong Bộ Nhớ Sắt Điện FeRAM 56 Ký Tự

Kết quả nghiên cứu này được sử dụng để chế tạo bộ nhớ sắt điện (FeRAM). Màng mỏng BLT và màng mỏng PZT được sử dụng làm lớp vật liệu sắt điện trong cấu trúc FeRAM. Hiệu năng của FeRAM được đánh giá bằng cách đo đặc trưng I-V và đặc trưng duy trì. Mục tiêu là phát triển FeRAM có tốc độ nhanh, độ tin cậy cao và tiêu thụ năng lượng thấp. Nghiên cứu cũng tập trung vào việc giảm kích thước FeRAM xuống micro/nano để tăng mật độ tích hợp.

5.1. Chế Tạo Ô Nhớ FeRAM Sử Dụng Màng Micro Nano

Việc chế tạo ô nhớ FeRAM sử dụng màng micro/nano đặt ra nhiều thách thức về kỹ thuật. Cần kiểm soát chặt chẽ quy trình chế tạo để đảm bảo chất lượng và hiệu năng của ô nhớ. Các kỹ thuật như quang khắc và ăn mòn được sử dụng để tạo ra các cấu trúc micro/nano.

5.2. Đánh Giá Đặc Trưng I V Khả Năng Duy Trì Dữ Liệu

Hiệu năng của ô nhớ FeRAM được đánh giá bằng cách đo đặc trưng I-V và đặc trưng duy trì. Đặc trưng I-V cho biết khả năng chuyển đổi trạng thái của ô nhớ, trong khi đặc trưng duy trì cho biết khả năng lưu trữ dữ liệu theo thời gian.

5.3. Hướng Tới Phát Triển FeRAM Mật Độ Cao Tiết Kiệm Điện Năng

Mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu là phát triển FeRAM có mật độ cao và tiết kiệm điện năng. Việc giảm kích thước ô nhớ xuống micro/nano là một trong những hướng đi quan trọng để tăng mật độ tích hợp. Đồng thời, việc tối ưu hóa vật liệu và quy trình chế tạo là cần thiết để giảm tiêu thụ năng lượng.

VI. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Vật Liệu 56 Ký Tự

Nghiên cứu này đã góp phần vào việc hiểu rõ hơn về đặc trưng sắt điện của màng micro BLT, màng nano BLT, màng micro PZT và màng nano PZT. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để phát triển các thiết bị sắt điện hiệu năng cao, đặc biệt là bộ nhớ sắt điện (FeRAM). Hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa vật liệu và quy trình chế tạo để cải thiện độ tin cậy và tuổi thọ của FeRAM.

6.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Chính Trong Nghiên Cứu

Nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo và phân tích đặc trưng sắt điện của màng micro/nano BLT, PZT. Các kết quả cho thấy tiềm năng ứng dụng của vật liệu này trong bộ nhớ sắt điện (FeRAM) và các thiết bị sắt điện khác. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết để đạt được hiệu năng tối ưu.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tối Ưu Hóa Vật Liệu Quy Trình Chế Tạo

Hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa vật liệu và quy trình chế tạo để cải thiện độ tin cậy và tuổi thọ của FeRAM. Các phương pháp mới để giảm độ trễ sắt điện, cường độ điện trường cưỡng bức và tổn hao điện môi sẽ được khám phá.

6.3. Triển Vọng Ứng Dụng Vật Liệu Sắt Điện Trong Tương Lai

Với những tiến bộ trong nghiên cứu và phát triển, vật liệu sắt điện hứa hẹn sẽ đóng vai trò quan trọng trong các thiết bị điện tử tương lai. FeRAM có tiềm năng thay thế các công nghệ bộ nhớ hiện tại và mang lại hiệu năng vượt trội. Ngoài ra, vật liệu sắt điện còn có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như cảm biến và bộ vi cơ điện tử (MEMS).

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài luận án Trong các thiết bị điện tử, một chi tiết không thể thiếu chính là các bộ nhớ. Có nhiều dòng bộ nhớ có cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, chức năng và tốc độ rất khác nhau. Tuy nhiên có thể chia làm hai loại chính là bộ nhớ tự xóa (điển hình là SRAM, DRAM) và bộ nhớ không tự xóa.

Các dòng bộ nhớ SRAM và DRAM có ƣu điểm là tốc độ rất nhanh, tuy nhiên, nó cũng có nhƣợc điểm rất lớn đó là dữ liệu chỉ đƣợc lƣu trữ khi có nguồn điện. Chính vì hạn chế này, trong các máy tính, bộ nhớ SRAM và DRAM chỉ đƣợc sử dụng làm các bộ nhớ tạm thời, các dữ liệu muốn đƣợc lƣu trữ đều phải lƣu vào ổ cứng (bộ nhớ không tự xóa). Các dòng bộ nhớ không tự xóa (nhƣ ROM, PROM, EPROM, EEFROM…) không bị mất dữ liệu khi mất nguồn. Tuy nhiên, các bộ nhớ không tự xóa có tốc độ rất chậm, cho nên, để tƣơng thích với tốc độ của các CPU, phải sử dụng các bộ nhớ SRAM và DRAM làm bộ nhớ đệm.

Trong những thập niên 80 của thế kỉ 20, các bộ không tự xóa nhƣ bộ nhớ từ điện trở (MRAM) hay bộ nhớ Flash ra đời với tốc độ cải thiện đáng kể (so với ROM, PROM, EPROM, EEFROM…) nhƣng vẫn chƣa tƣơng thích đƣợc với tốc độ của các CPU trong máy tính. Ngoài ra, các bộ nhớ kể trên còn có nhƣợc điểm là dữ liệu bị phá hủy khi đọc. Vì vậy sau mỗi lần đọc dữ liệu, các bộ nhớ phải tự ghi lại dữ liệu cũ. Chính điều này là nguyên nhân làm hạn chế tốc độ của các bộ nhớ không tự xóa.

Trong một máy tính, nhu cầu thay thế các bộ nhớ tự xóa (DRAM, SRAM) và các bộ nhớ không tự xóa (ROM, PROM, EPROM, EEFROM, MRAM, Flash…) bằng một bộ nhớ duy nhất nhằm làm tăng tốc độ, mật độ nhớ và làm giảm kích thƣớc, trọng lƣợng, giá thành đã và đang trở thành xu hƣớng trong tƣơng lai. Trong những năm gần đây, các bộ nhớ sắt điện (FGT) có ƣu điểm là tốc độ rất nhanh, không bị mất dữ liệu khi mất nguồn, dữ liệu không bị phá hủy khi đọc hứa hẹn sẽ làm tăng tốc độ và hiệu suất của các thiết bị điện tử đã và đang đƣợc nghiên cứu một cách rộng rãi. Các FGT hoạt động dựa vào sự nhớ trạng thái của các vật liệu sắt (LUAN.dien 1 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] điện và có cấu trúc đơn giản chỉ gồm 1 transistor hứa hẹn sẽ làm tăng mật độ nhớ của các bộ nhớ. Chính vì vậy, các bộ nhớ sắt điện đã và đang đƣợc các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu rộng rãi.

Trong tƣơng lai gần bộ nhớ sắt điện hứa hẹn sẽ thay thế cho hầu hết các loại bộ nhớ hiện nay đang sử dụng trong các máy tính và các thiết bị điện tử khác. Ở trong nƣớc, do những khó khăn về mặt trang thiết bị nghiên cứu nên chƣa có công trình nào nghiên cứu về các bộ nhớ sắt điện dạng màng mỏng. Vì vậy luận án này đề cập đến một hƣớng nghiên cứu khoa học hoàn toàn mới ở Việt Nam, có nhiều ứng dụng trong công nghệ thông tin hiện đại và là hƣớng nghiên cứu mang tính chất thời sự trên thế giới. Một bộ nhớ sắt điện thƣờng gồm 4 lớp màng mỏng là: màng mỏng làm điện cực trên, màng mỏng làm kênh dẫn, màng mỏng sắt điện và màng mỏng làm điện cực dƣới.

Cả bốn lớp này đều đƣợc chế tạo trên một số loại đế nhƣ đế silicon, sc- STO, pc-STO và đế thủy tinh. Các vật liệu sắt điện phổ biến phải kể đến là BLT, SBT và PZT, chúng có tính chất sắt điện nổi trội hơn so với các vật liệu sắt điện khác nhƣ phân cực dƣ lớn, trƣờng kháng điện nhỏ [118, 42]. Vật liệu PZT thể hiện tính chất sắt điện mạnh hơn hẳn các vật liệu BLT và SBT nhƣng dòng rò lớn hơn và độ già hóa nhanh hơn [91, 98, 78]. Tính chất của các màng mỏng sắt điện phụ thuộc mạnh vào nhiều yếu tố nhƣ nhiệt độ ủ, thành phần pha [117, 48, 120, 28, 26, 82, 4, 93], kích thƣớc hạt [66, 122, 99, 121], chiều dày của màng [110, 45, 25, 80, 77] … Tính chất sắt điện của các màng mỏng sắt điện phụ thuộc mạnh yếu tố bên ngoài nhƣ định hƣớng ƣu tiên của tinh thể [108, 21, 123], lớp tiếp xúc giữa màng mỏng sắt điện và màng mỏng làm điện cực [86], lớp tiếp xúc giữa màng mỏng sắt điện và màng mỏng làm kênh dẫn [31, 11, 50], định hƣớng tinh thể của các vật liệu làm đế [71, 70].

Do đó, việc khảo sát ảnh hƣởng của các màng mỏng làm điện cực, màng mỏng làm kênh dẫn và các loại đế đến tính chất sắt điện của màng mỏng sắt điện là cần thiết để lựa chọn một cấu trúc tối ƣu cho hệ vật liệu ứng dụng trong bộ nhớ sắt điện. Trong các vật liệu làm điện cực, chúng tôi chú ý đến hai loại là điện cực Pt và điện cực LNO.dien 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Các màng mỏng (sắt điện, kênh dẫn, điện cực) thƣờng đƣợc chế tạo theo hai phƣơng pháp là phƣơng pháp vật lý và phƣơng pháp hóa học. Các phƣơng pháp vật lý bao gồm phƣơng pháp phún xạ chân không [90], phƣơng pháp bốc bay xung laser (PLD) [24, 113] và phƣơng pháp lắng đọng chùm phân tử epitaxy (MBE) [30]. Các phƣơng pháp hóa học nhƣ: phƣơng pháp lắng đọng pha hơi hợp chất kim loại - hữu cơ (MOCVD) [83], phƣơng pháp lắng đọng hơi hóa học bằng plasma (PECVD) [53] và phƣơng pháp dung dịch (solution process) [72, 109].

Trong các phƣơng pháp này thì phƣơng pháp quay phủ dung dịch là phƣơng pháp cho chất lƣợng màng mỏng tƣơng đối tốt nhƣng không đòi hỏi các thiết bị hiện đại, kỹ thuật cao. Luận án đƣợc nghiên cứu bằng cách kết hợp giữa phƣơng pháp phân tích số liệu dựa trên các kết quả thực nghiệm và các mô hình lý thuyết đã công bố. Các màng mỏng đƣợc chế tạo tại Phòng thí nghiệm Công nghệ micro và nano (ĐHCN, ĐHQGHN). Tính chất của các hệ màng mỏng đƣợc khảo sát trên các thiết bị hiện đại tại Phòng thí nghiệm Công nghệ micro và nano (ĐHCN, ĐH QGHN) và Bộ môn Vật lí Chất rắn (ĐHKHTN, ĐH QGHN) 2.

Nhiệm vụ của luận án Nhiệm vụ của luận án gồm 5 nhiệm vụ chính nhƣ sau: (i) Nghiên cứu các mô hình lí thuyết giải thích các tính chất cho từng lớp màng mỏng và các mô hình, nguyên lí hoạt động của các bộ nhớ sắt điện; (ii) Tối ƣu hóa quy trình chế tạo các màng mỏng sắt điện, màng mỏng làm điện cực, màng mỏng làm kênh dẫn với chất lƣợng cao bằng phƣơng pháp dung dịch; (iii) Khảo sát ảnh hƣởng của chiều dày, nhiệt độ ủ và phƣơng pháp ủ đến tính chất của từng lớp màng; (iv) Khảo sát ảnh hƣởng của các lớp màng mỏng điện cực, màng mỏng kênh dẫn và các loại đế đến tính chất sắt điện của các màng mỏng sắt điện và (vi) chế tạo thử nghiệm các bộ nhớ sắt điện FGT trên một số loại đế và khảo sát và đánh giá hoạt động của chúng. Ý nghĩa khoa học và những đóng góp của luận án 3. Ý nghĩa khoa học Từ các kết quả nghiên cứu chính của luận án, chúng tôi đã công bố 7 công trình nghiên cứu khoa học trên bài báo tại các tạp chí, hội nghị khoa học uy tín (LUAN.dien 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] trong nƣớc và quốc tế. Việc chế tạo thành công bộ nhớ sắt điện thử nghiệm với kích thƣớc micro và nano góp phần cho sự phát triển nghiên cứu và thúc đẩy nhanh quá trình thƣơng mại hóa bộ nhớ sắt điện nhằm phục vụ nhu cầu của con ngƣời.

Những đóng góp mới của luận án Các vấn đề mới đặt ra trong nghiên cứu này là: Chế tạo các màng mỏng (sắt điện, kênh dẫn, điện cực) bằng phƣơng pháp dung dịch với chất lƣợng màng tốt, không nứt gãy, độ lặp lại cao mở ra hƣớng chế tạo, nghiên cứu tính chất của các màng mỏng khác bằng phƣơng pháp dung dịch. Khảo sát một cách có hệ thống sự ảnh hƣởng của nhiệt độ ủ, chiều dày của các màng mỏng điện cực, màng mỏng kênh dẫn, và một số loại đế lên các tính chất sắt điện, nhằm mục đích cải thiện chất lƣợng của màng mỏng sắt điện. Thiết kế, chế tạo và khảo sát hoạt động của các bộ nhớ sắt điện FGT. Đặc biệt, bằng công nghệ khắc chùm điện tử (EB lithography) với sự hỗ trợ của kỹ thuật ăn mòn khô, chúng tôi đã chế tạo bộ nhớ FGT có chiều rộng kênh dẫn cỡ vài chục nano mét.

Điều này có ý nghĩa lớn trong việc giảm kích thƣớc, tăng mật độ nhớ của các bộ nhớ. Bố cục của luận án Luận án đƣợc trình bày trong 4 chƣơng, 131 trang bao gồm 82 hình vẽ và đồ thị, 12 bảng số liệu.dien 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CHƢƠNG 1. VẬT LIỆU TRONG BỘ NHỚ SẮT ĐIỆN 1. Bộ nhớ sắt điện 1.

Tình hình nghiên cứu bộ nhớ sắt điện ở trong và ngoài nƣớc Bộ nhớ sắt điện (Ferroelectric-gate thin-film transistor memory - FGT) có cổng điện môi sử dụng vật liệu sắt điện hữu cơ đã đƣợc khảo sát rộng rãi do ƣu điểm chính là dựa trên quy trình nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, những bộ nhớ sắt điện sử dụng vật liệu hữu cơ thƣờng yêu cầu thế hoạt động cao (> 10V). Ngoài ra, tính chất nhớ của nó rất dễ thay đổi và dễ bị ảnh hƣởng trong quá trình chế tạo và xử lý nhiệt. Khó khăn này làm hạn chế việc sử dụng các vật liệu hữu cơ cho các ứng dụng trong các linh kiện và thiết bị điện tử [49, 114].

Mặc dù đã có rất nhiều nghiên cứu trên bộ nhớ FGT sử dụng vật liệu hữu cơ, nhƣng sẽ rất khó để đƣa loại bộ nhớ này vào ứng dụng thực tiễn vì những lý do nhƣ trên. Các bộ nhớ sắt điện có cổng điện môi sử dụng vật liệu sắt điện vô cơ nhƣ PbZrxTi1-xO3, SrBi2Ta2O9, (Bi, La)4Ti3O12 … cũng đã đƣợc rất nhiều nhóm nghiên cứu [11, 31, 50]. Các vật liệu sắt điện vô cơ có độ bền và ổn định hơn các vật liệu hữu cơ trong quá trình chế tạo và xử lý nhiệt. Ngoài ra các bộ nhớ sắt điện có cổng điện môi làm bằng các vật liệu sắt điện có thế hoạt động thấp (cỡ 5 V), làm giảm mức tiêu hao năng lƣợng của bộ nhớ, làm giảm nhiệt độ làm việc của các linh kiện điện tử mà nó đƣợc tích hợp.

Tuy nhiên cấu trúc trong bộ nhớ thƣờng gặp phải một trở ngại đó là nhiệt độ kết tinh của các vật liệu này là khá cao (> 600 oC).