鐵電存儲器及相關的物理問題

鐵電存儲及相關的

物理問題

朱勁松

南京大學固體微結(jié)構(gòu)物理實驗室jszhu@鐵電體的基本特性。存在自發(fā)極化P，且自發(fā)極化有兩個或多個可能的取向，其取向可以隨電場而改變。。有一電滯回線。TC

居里溫度。熱釋電，壓電，電光，聲光，非線性光學，鐵電,介電性能鐵電體的應用鐵電存儲器工作原理當外加電場退到零時，在鐵電體上仍然保留剩余極化電荷Ｐr利用兩個穩(wěn)定的極化狀態(tài)：正，負Ｐr為BoleanAlgebra中的編碼１或０達到存儲信息的目的

鐵電存儲器的發(fā)展1921年發(fā)現(xiàn)鐵電性。穩(wěn)定極化+Pr-Pr

可為1，0編碼1950，60年代，使用鐵電體材料，矯頑場高電壓大于100V1970年代，薄膜制備技術(shù)發(fā)展，使用電壓降低*IBMBatra&SilvermanSolidStateComm.11,291,1972，d<400nm退極化場將使極化不穩(wěn)停止了IBM所有鐵電薄膜的工作*Tilley&ZeksSolidStateComm.49,823,1984分析了Pr隨Z的關系，重新研究開始To低于體材料，存在一最小的d值鐵電存儲器的發(fā)展非揮發(fā)鐵電隨機存取存儲器（NVFeRAM）和鐵電動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）是近十年來發(fā)展最快的存儲器之一。鐵電薄膜存儲器具有體積小、重量輕，耐輻射，使用電壓低，易與硅集成等優(yōu)點，是當前與半導體、磁存儲器并列的重要的存儲器之一。近五年來已逐漸走向商業(yè)化。低密度的存儲器已大量在IC卡、Smart卡中使用

1980年代NvFeRAM發(fā)展動力來自美國軍方.美軍用飛機使用的非揮發(fā)存儲器

[原圖來自NorthAmericaDefenceCenter(NDAC)1988]軍用飛機中使用的存儲器抗輻射，衛(wèi)星，航天飛機(Science246,1440,1989)96KEEPROM嵌入式雷達預警接收器96KEEPROM電子計數(shù)測量接收器8MEEPROM可移動座倉計錄器36MSRAM或EEPROM主體計算機（SRAM）16KEEPROM導彈存儲器200MBubble存儲器飛行事故記錄器

鐵電存儲器應用1999年美國軍用支持減少。FeRAM

應用轉(zhuǎn)移到商用。1999年：4-64KbitSmartcard代替EEPROM2000-2001年Mbit

代替SRAM，DRAM，F(xiàn)lash存儲器鐵電存儲器（NvFRAM)嵌入硅微控制器（asinglechip)嵌入器件可用于家用電器（洗衣機，洗碗機，干燥器，烘烤爐）存儲密度中等。大的市場：4Mbit

數(shù)碼相機，256Mbit音頻存儲器Sony游戲站PS2(2003)1988-1998數(shù)字存儲器(cost/bit-access

time)1999存儲器cost/bit—accesstime鐵電存儲器的發(fā)展動力微電子領域本世紀最現(xiàn)實、最迫切的發(fā)展方向是由集成電路（IC）向集成系統(tǒng)（IS）方向的轉(zhuǎn)變。芯片系統(tǒng)（SOC：systemonchip）是當前微電子科技與IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵問題。用于SOC的新一代嵌入式鐵電存儲器是近幾年國際上發(fā)展的熱點。Sony公司最近已將4kbit的鐵電存儲器作為嵌入式存儲器在不久前推出的PS2游戲機中廣泛加以應用。而松下電器（MEI）半導體公司已將鐵電隨機存取存儲器（FeRAM）定位為支持芯片系統(tǒng)(SOC)業(yè)務的關鍵技術(shù)。鐵電存儲器(1)

非揮發(fā)性鐵電隨機存儲器（NvFeRAM)

(Non-volatileFerroelectricRandomAccessMemory)即使在電源中斷的情況，存儲的信息也不會丟失鐵電體不僅作為電容而且是存儲器的一部分低電壓運作（1.0-5.0V),低功耗小尺寸，僅為EEPROM單元的20%抗輻射。（軍用，衛(wèi)星通訊）高速：200ns讀取時間易與其它Si器件集成FeRAMEEPRM(FloatingGate)EEPRM(FLASH)MagneticRAMSSize1Mbit1Mbit1Mbit16KbitEndurance>1012105104(write)NolimitSpeed(Access)200ns150ns120ns200ms-2μsWriteTime100ns10ms/bytehigh100nsVoltage(V)noneDatatrans-speed5Mb/s1Kb/s100Kb/snone不同存儲器性能比較不同存儲器的性能比較FeRAMSRAMDRAMEEPROMFLASHReadcycle1012-1015>1015>1015>1015>1015Writecycle1012-1015>1015>1015104-106105-106Writevoltage0.9-3.30.9-3.30.9-3.312-1810-18Writetime~ns~ns~ns1-10ms1μs-1msAccesstime40-70ns6-70ns40-70ns40-70ns40-70nsCellsize13F2100F28F240F26-12F2Dataretention>10yearsnonenone>10years>10yearsReadcycleenergy5-20nj5-10nj10-20njnone5-10njWritecycleenergy5-20nj5-10nj10-20njμj-mjμj-mjStand-bycurrent10-30μA<10μA<400μAnone<10μA非接觸IC卡Chip性能比較MemoriesCommunicateddistanceSpeedEndurancePowerConsumptionEEPROM-10cmReadfasterWriteslow104-106LargeSRAMLargeFasterCelllifetimeCellQualityDependentFeRAM50-100cmfaster>1012Lower鐵電存儲器(FeRAM)的電路結(jié)構(gòu)（1）1T-1C式結(jié)構(gòu)1個晶體管（場效應管）和1個電容（鐵電體為介質(zhì)）組成一存儲器單元當電容中有不同電荷時，場效應管輸出不同信息鐵電存儲器(FeRAM)的電路結(jié)構(gòu)（2）2T-2C結(jié)構(gòu)由兩個場效應管兩個電容構(gòu)成一存儲器記憶單元通過比較兩邊的輸出而得出存儲的信息2T/2C與1T/1C比較

FeRAM器件結(jié)構(gòu)

FeRAM器件結(jié)構(gòu)SonyPS2Playstation

鐵電薄膜作為一大介電常數(shù)的電容介質(zhì)利用鐵電體大的介電常數(shù)(ε=100-2000)，代替原來用的SiO2(ε=3.9），可以減小存儲單元面積。SiO2~4,Ta2O5~25,Ferroelectrics~100-1000鐵電體大的介電常數(shù)可緩解為增大面積而進行的Trenching,stacking鐵電存儲器(2)鐵電動態(tài)隨機存取存儲（DRAM）DynamicRandomAccessmemory動態(tài)隨機存儲器（DRAM）電路結(jié)構(gòu)由一個MOS（Metal-Oxide-Semiconductor)場效應管（FieldEffectTransistor）與一個電容器構(gòu)成該電容是由一高介電常數(shù)介質(zhì)-不是鐵電體SiO2介質(zhì)ε=3.9Ta2O5

ε=25,BST，400DRAM技術(shù)與制備步驟

鐵電納米管

鐵電納米管鐵電存儲器（3）1T（MFSFET）MFS(MetalFerroelectric–Semiconductor)FET在MOS中用鐵電薄膜（F）代替二氧化硅柵氧化物薄膜（O）構(gòu)成MFSFET場效應管由于極化滯后，漏電流展現(xiàn)兩種狀態(tài)：開，關讀寫過程不需要大電場，在讀后也不需重寫。設計簡單。與存儲記憶有關的物理問題

—集成鐵電物理學Fatigue(疲勞）,Retention（保持）,Imprint（印記）,DomainStructure（電疇結(jié)構(gòu)）,SwitchingProcess（開關過程）,StressEffect（應力效應）,SizeEffect（尺寸效應）,IrradiationEffect（輻照效應）,FormingGas（形成氣氛）,HighDielectricMaterials（高介電材料）,ElectrodeEffect（電極效應）

(Heterojunction),LeakageCurrent（漏電流）,Breakdown（擊穿）未介決的問題O.Auciello,J.F.Scott,R.Ramesh

“PhysicsToday”July1998Whatistheultimatepolarizationswitchingspeedandwhatparameterlimitsspeed.InRAM,theultimateperformancespeedislimitednotbytheaccesstimebutbytheinterconnecttime(about200ps)takenbythecurrentfromonetransistortochargethegateofthenext.WhatisthethinnestferroelectriclayerthatcanstillyieldstablepolarizationHowdoswitchingparameterssuchascoercivefielddependonfrequencyWhataretheeffectsoffinitesizeandhowsmallcanaferroelectriccapacitorbeandstillexhibitferroelectricbehavior1.鐵電疲勞（Fatigue)剩余極化Pr隨極化開關循環(huán)數(shù)N而逐漸減少為疲勞Pr--N鐵電疲勞與存儲器使用壽命直接有關，一般存儲器要求在109—1012次開關后，Pr下降

<10%產(chǎn)生極化疲勞的原因Appl.Phys.Lett.73,788(1998);J.Appl.Phys.85,1746(1999);ThinSolidFilm376,185(2000)鐵電疲勞的可能起因TagantsevetalJ.A.P90,1387,(2001)疇壁釘扎機制反相疇仔晶成核抑制電子空穴從電極注入，產(chǎn)生passive表面層氧空位重新分布，造成電極界面電荷集聚，顯示”localimprint”電極面積減少引起可開關極化的減少在大電壓下疲勞的恢復2.鐵電保持（Retention)保持是鐵電電容單元保持存儲在其中電荷q（1或0）的能力.

在寫信息后，極化電荷與時間的關系Pr—t通常在105秒后，Pr損失小于5%保持損失在第一秒中達15-20%，保持性能與外加電場及其頻率有關保持與電疇的弱釘扎有關Appl.Phys.Lett.73,3674(1998)

SrBi2Ta2O9中的保持（Pr—t）3.印記(Imprint)電滯回線的對稱性改變，某一極化狀態(tài)剩余極化增加而在另一狀態(tài)減少，產(chǎn)生印記。產(chǎn)生印記的原因頂電極、底電極材料不同。頂電極和底電極不同熱處理經(jīng)歷使上下兩薄膜電極界面不同。制備過程中，反應離子束刻蝕，薄膜受傷。極化過的薄膜在居里點以下加熱，施加直流電場或單向脈沖。在直流偏置場下用紫外光照射，都會形成印記。離子運動導致缺陷對排列

4.極化開關（Switching)在外場作用下，鐵電體從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€狀態(tài)的極化反轉(zhuǎn)過程為開關。這是鐵電體作為存儲器的基礎。轉(zhuǎn)變的快慢將對存儲器的讀寫速度有很大影響。極化開關研究也是研究電疇的成核，成長極化翻轉(zhuǎn)（新電疇成核，生長）極化開關：極化方向相反的鐵電疇成核、成長、合并過程新疇首先在鐵電/電極界面成核，再向前生長（速度103m/s)t=d/v=10-6m/103m/s=1ns再向側(cè)面生長并合并長大直至全部反轉(zhuǎn)（t=E-3/2=20nsto1μ)極化開關研究的意義極化反轉(zhuǎn)快慢是由疇界運動速度（疇界動性）決定，與材料的結(jié)構(gòu)、應力、缺陷有關。開關研究的意義：1。研究電疇的成核、成長、合并及與材料結(jié)構(gòu)、缺陷有關，開關動力學。2．存儲器讀寫速度。APL76,369(2001)APL80,2961(2002)5.應力效應(StressEffect)薄膜的應力是薄膜中重要參數(shù)之一，它不僅影響薄膜的性能，而且影響電子器件的可靠性。應力可改變影響膜的力學、電學、光學、相變性質(zhì)；造成膜開裂和從襯底上撕裂，甚至傳到襯底永久失效；膜應力限制了膜的厚度。應力也將改變疇結(jié)構(gòu)；居里點和開關性質(zhì)。薄膜中應力的引入制膜過程溫度變化引入的熱應力th=[Ef/(1-f)](f-s)(Td-T)熱膨脹系數(shù)，Ef楊氏模量，泊松比，Td沉積溫度內(nèi)應力當原子排列很緊密（比平衡態(tài)時）產(chǎn)生壓縮應力當原子排列較平衡態(tài)為松時產(chǎn)生張應力與膜沉積過程有關：與襯底和膜之間不匹配，溫度、壓力、濃度、雜質(zhì)外應力居里點相變過程引入，絕大多數(shù)膜密度增加，e=[Ef/(1-f)](V/3V)V/V膜中體積變化

Appl.Phys.Lett.76,3103,(2000);APL80,2961(2002);APL86,092904(2005)6.尺寸效應（SizeEffect）薄膜厚度，晶粒大小對薄膜性能的影響意義：提高存儲密度，減少電容的尺寸，降低使用電壓，需用減少薄膜厚度。厚度減?。罕∧r減小，Ec增加晶粒減?。耗芟对龃螅鈱W性能變化尺寸效應的機制1．界面層效應：鐵電薄膜與電極之間有一層低介電常數(shù)的界面層，d/=d/I+d/F2．晶粒尺寸影響：疇結(jié)構(gòu)的變化（由多疇變?yōu)閱萎牐┰诖缶ЯＤさ叫【ЯＤrPhys.Rev.B54,R14337,(1996);Phys.Rev.B55,3485,(1997)3．界面層應力：外延生長薄膜有1000MP的應力存在J.A.P.81,1392,(1997);J.A.P.83,1610（1998）7.輻照效應(IrradiationEffect)空間使用；缺陷在鐵電記憶可靠性中的作用，研究輻照效應是有意義的Scott:射線、X射線輻射KNO3,PZT表明輻射對PZT器件正常工作沒有影響。WuDi:C60，射線原對SBT輻照光子能量，發(fā)現(xiàn)輻照后產(chǎn)生印記。輻照量大于3.0Mrad/cm2后，和輻照前的極化狀態(tài)相反的狀態(tài)的保持能力大大下降，造成誤讀（小于PZT107rad/cm2）SBT中的陷阱較淺，疲勞和印記都可以通過飽和雙向脈沖將聚集的電荷驅(qū)散得到恢復Ferroelectrics251,37(2001)8.形成氣氛處理（FormingGas）4%-H2/N2,200C-450C,0.5h處理后，性能下降；主要機制是：沿八面體極化軸方向，在氫離子與氧離子之間[OH]-1的形成是鐵電性損耗機制這個氫氧基鍵阻止了Ti或Zr離子的開關在FormingGas退火也導致大量的氧和鉛損耗，也使鐵電性減小如果氫不擴散到鐵電表面，即可阻止[OH]-1的形成，用LSCO作為擴散勢壘LSCO/PNZT/LSCO9.高介電材料(HighKMaterials)DRAMSiO2

ε=3.9;Gd2O314,Y2O318,Ta2O525,HfO2Al2O3,TiO2(BaSr)TiO3(BST)300-40010.電極效應異質(zhì)結(jié)構(gòu)鐵電薄膜與電極是不同材料，在它們的界面處構(gòu)成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，帶來諸多與薄膜性能有關的問題11.電疇結(jié)構(gòu)晶體分成若干個小區(qū)域,每個小區(qū)域內(nèi)部電偶極子沿同一方向,但各小區(qū)域中電偶極子方向不同,這些小區(qū)域稱為”電疇”或”疇”(Domain).疇的間界叫疇壁(Domainwall)。疇的出現(xiàn)使晶體的靜電能及應變能降低,但疇壁的存在引入了疇壁能.電疇的結(jié)構(gòu)或組態(tài)，電疇的動性對材料的鐵電性能有極大的影響．電疇結(jié)構(gòu)順電相中，有若干個方向與自發(fā)極化出現(xiàn)的對稱性等效。因為這些方向在晶體學上和物理性質(zhì)方面都是等同的。理想情況下，多疇晶體的對稱性等于順電相的對稱性。任何鐵電晶體中，疇間夾角等于順電相對稱等效方向間的夾角?？偟碾姰牻Y(jié)構(gòu)決定于順電相的對稱性以及自發(fā)極化的方向通過群論分析可得SrBi2Ta2O9

中五種不同的疇組態(tài)的示意圖其中，（a）反相疇；（b）180o疇；（c）90o疇；（d）180o反相疇；（e）90o反相疇。

J.ofPhys.Cond.Matt.12，3745（2000）DomainStructureinSrBi2Ta2O9Darkfieldimagewithsuperspot:“d”isanti-phaseboundaries(redlines);Theboundarybetweenwhiteanddarkis90odomain(blackline);“f”is180odomainboundary(bluelines);“e”isanti-phase+90odomain;BetweenBandC,anti-phaseboundary+180odomain.Appl.Phys.Lett.,Vol76(1),103(2000).

BTO、BLT、BNT、和BTO-Nb疇結(jié)構(gòu)(a)BTO的（020）暗場像

(b)BLT的(031)超斑點暗場像

(c)BNT的(031)超斑點暗場像

(d)BTO-Nb0.03的(111)暗場像

11.存儲器應用中對材料性能要求一。非揮發(fā)鐵電存儲器（NV-FRAM）1。大的剩余極化

(Pr>10μC/cm2)，提供足夠電荷到讀出放大器2。低的矯頑場EC<100kV/cm3。好的抗疲勞特性。>1010開關循環(huán)4。好的保持特性。>105

秒5。低的漏電流。

<10-8A/cm26。無印記現(xiàn)象存儲器應用中對材料性能要求二。動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）1。高介電常數(shù)（在25nm時至為25）2。低漏電電流IL<100nA/cm2--1A/cm23。擊穿電壓>100MV/M4。在襯底上低的擴散率5。制備中低的污染FeRAM應用中現(xiàn)有材料的不足PbZrxTi1-xO9(PZT)Pr大，制備溫度低(500-600oC)在Pt電極下疲勞（<106次），Pb污染SrBi2Ta2O9(SBT)

（Nature374,627,1995)在Pt電極下不疲勞，無Pb污染Pr小，制備溫度高（750-8000C）對原有材料改性，發(fā)現(xiàn)新材料仍是當務之急Memorymaterials：

ABO3typePerovskite（PZT）MemoryMaterials:

Layer

StructurePerovskite

(Aurivillius)Bi4Ti3O12(BiT)and

SrBi2Ta2O9(

SBT）Bi4Ti3O123layersOxygenOctahedron(m=3)SrBi2Ta2O92layersOxygenOctahedron(m=2)BLSFs

(Bi2O2)2+(Am-1BmO3m+1)2-Where:

A=Sr2+,Ba2+,Bi3+etal，

B=Ti4+,Ta5+,Nb5+etal，

m=1,2,3,4,5…etal。

FeRAM

材料性能的比較

PZTSBTBLTBT-SBT2Pr(μC/cm2)20-704-1616-2030FatiguePoorGoodGood?Leakage5v/A/cm210-710-910-7?Fab.tem.oC500-600700-850650-700650?VolatilePbBiBiBi鐵電存儲用新材料Bi系層狀鈣鈦礦Bi4Ti3O12：大的自發(fā)極化，低制備溫度，高TC，無鉛污染

Bi1-xLaxTi3O12（BLT）(Nature401,682,1999)材料改性及新材料制備的方法1，摻雜2，替代3，共生4，固溶5，在搞清各組成元素作用的基礎上進行材料設計Bi3.25La0.75Ti3O12Bi3.15Nd0.85Ti3O12

Bi3.54Nd0.46Ti3O12Bi3.25Pr0.75Ti3O12Bi3.87Sm0.13Ti3O12Bi4Ti3-xNbxO12Bi4Ti3-xVxO12Bi4Ti3-xWxO12Bi4Ti3-xZrxO12Bi4Ti3-xMoxO12Bi4-xLax(Ti1-yNby)3O12Bi4-xNdx(Ti1-yVy)3O12Bi4-xLax(Ti1-yTay)3O12在

Bi4Ti3O12的Ａ，Ｂ位替代（摻雜）Co-substitutingatAsiteanddopingatBsiteSubstitutingatAsite:dopingatBsite共生固熔兩結(jié)構(gòu)相近，性能互補的材料

SrBi2Ta2O9–BiTiTaO3＊SrBi2Ta2O9Pr,Tc低;抗疲勞性好，三層鈣態(tài)礦結(jié)構(gòu)＊BiTiTaO3

Pr,Tc

高，抗疲勞性差三層鈣態(tài)礦結(jié)構(gòu)

研究的工作內(nèi)容研究FeRAM用層狀鈣鈦礦材料中鐵電材料中各元素對材料的結(jié)構(gòu)，微結(jié)構(gòu)，性能的影響。A，B位元素在鐵電極化，鐵電開關疲勞中的作用，探索鐵電記憶新材料的設計與制備。新一代存儲器鐵電存儲器(FeRAM)磁存儲器(MRAM)相變型存儲器(PRAM)鐵電存儲器的優(yōu)點FeRAM

參數(shù)鐵電存儲器的優(yōu)點磁存儲器（MRAM）磁存儲器（MRAM）磁存儲器（MRAM）磁存儲器（MRAM）磁存儲器（MRAM）磁存儲器（MRAM）相變型存儲器（PRAM)相變型存儲器（PRAM)相變型存儲器（PRAM)相變型存儲器（PRAM)相變型存儲器（PRAM)相變型存儲器（PRAM)相變型存儲器（PRAM)相變型存儲器（PRAM)三種存儲器的比較三種存儲器的比較未來的展望

謝謝！83593202(O)/p>

jszhu@釹摻雜Bi4Ti3O12薄膜的性能結(jié)構(gòu)、鐵電、介電性能和漏電流溶液配制溶質(zhì)硝酸鉍（過量10-mol%） 98%硝酸釹 99%鈦酸丁脂 98%溶劑醋酸濃度 0.1mol/LMOD方法制備薄膜轉(zhuǎn)速 4000rpm旋轉(zhuǎn)時間 25秒烘干溫度 4000C烘干時間 120秒加速時間 5秒晶化溫度 7000C晶化時間 60分鐘后退火時間與剩余極化的關系后退火時間（分鐘）剩余極化（μC/cm2

）026.9324526.49391030.29441523.4243

XRD譜不同Nd摻雜對晶格取向和結(jié)構(gòu)的影響不大晶格間距(117)峰隨Nd的摻入量的增大，(117)峰的晶格間距變小。晶格參數(shù)的計算a(?)b(?)c(?)β05.70415.698732.784489.85640.855.60595.580332.879389.8121解釋隨著Nd的摻入，鈦氧八面體在a-b平面的扭轉(zhuǎn)發(fā)生了變化。Nd摻雜的BiT材料的大的剩余極化也源于此疲勞結(jié)果頻率100kHz幅度200kV/cm經(jīng)過1.44×1010次翻轉(zhuǎn)，疲勞小于10%保持測試具有良好的保持特性保持時間105

秒得到Pr=27μC/cm2開關1.44*1010次不疲勞可用于FeRAM的薄膜

Chin.Phys.Lett.21,544,(2004)La,Nb共摻的Bi4Ti3O12的性能

制備，結(jié)構(gòu)，鐵電性能，疲勞特性，摻雜機理A位La，B位Nb摻雜的薄膜用PLD方法制備了BiT,BLT,BTN0.018

Bi1-xLaxTi0.982Nb0.018

-O12薄膜的XRD圖不同Nb含量的Bi4-x/3Ti3-xNbxO12

薄膜和陶瓷Bi3.25-x/3La0.75Ti3-xNbxO12

薄膜的剩余極化值(a)在外電場為450kV/cm下測量到的BTO,BLT,BTN0.018

和BLTN0.018薄膜的電滯回線圖。

(b)BiT,BLT,BTN0.018

和BLTN0.018

薄膜的Pr

和

Ec。BiT,BLT,BTN0.018

和BLTN0.018

薄膜

的疲勞性能Bi4-x/3Ti3-xNbxO12(x=0.03,0.06and0.09)和Bi3.25-x/3La0.75Ti3-xNbxO12(x=0.03,0.06and0.09)薄膜的疲勞性能。BTN和BLTN薄膜的疲勞比較BTO44%BTN0.01860%BTN0.0360%BTN0.0652%BTN0.0956%BLT10%BLTN0.01827%BLTN0.0313%BLTN0.0459%BLTN0.06無疲勞BLTN0.09無疲勞BLTN0.018

薄膜的保持性能A位摻雜的機理普遍認為氧空位的運動能夠?qū)е潞軓姷漠犪斣瑥亩蛊谛阅茏儾?丁勇提出了反相疇的理論,他在BLT和SrBi2Ta2O9(SBT)中看到了反相疇，但是在BTO中卻沒有，所以認為反相疇能提供在極化翻轉(zhuǎn)過程中極化疇的新核生長點。蘇東等人在觀察了Bi3TiTaO3(BTT)和SBT陶瓷的疇結(jié)構(gòu)以后，推斷彎曲的90o疇同樣能夠增加疇的動性，從而提高SBT疲勞性能！在BTO陶瓷中我們觀察到了弛豫峰。我們對La含量為0.5,0.75和1的BLT陶瓷進行了介電測量，發(fā)現(xiàn)相應的激活能從0.69提高到0.83。結(jié)果表明在外電場下隨著La的增加氧空位躍遷越困難，疇釘扎減少，疲勞性能變好。我們認為當M3+(La3+,Sm3+,Nd3+,Pr3+)離子摻雜進入BTO薄膜后，M3+和Bi3+半徑的不同能產(chǎn)生反相疇和彎曲的90o疇，從而提高抗疲勞性能B位摻雜的機理以前的工作都把摻雜后BTO的Pr歸功于氧空位濃度的減少。另外一個可能的原因是進入B位的Nb5+離子替代了半徑較小的Ti4+離子，這樣引起了氧八面體的結(jié)構(gòu)畸變，因此提高了Pr。我們得到了Bi4-x/3Ti3-xNbxO12（x=0,0.018,0.03,0.06,0.085和0.01）的Raman譜，與TiO6八面體有關的270,540和820cm-1振動的強度和頻率隨著Nb含量的增加都幾乎沒有變化。這個結(jié)果表明Nb的摻入并沒有引起氧八面體的結(jié)構(gòu)畸變，因此氧空位濃度的減少可能是剩余極化提高的主要原因。La,Nb共摻的Bi4Ti3O12的薄膜得到性能良好的可用于FeRAM的Bi1-xLaxTi0.982Nb0.018

O12薄膜SolidStateComm.129,775(2004)

鐵電體微結(jié)構(gòu)的電鏡研究試樣制備，電鏡觀察，疇結(jié)構(gòu)及鐵電疲勞關系鐵電體微結(jié)構(gòu)的電鏡研究名稱縮寫/m數(shù)材料名稱原料燒結(jié)溫度(oC)BW(m=1)Bi2WO6B+WO3940CBT(m=2)CaBi2Ta2O9B+CaO+Ta2O51250SBT(m=2)SrBi2Ta2O9B+SrO+Ta2O51230BBT(m=2)BaBi2Ta2O9B+BaO+Ta2O51050BTT(m=2)Bi3TiTaO9B+TiO2+Ta2O51200BTN(m=2)Bi3TiNbO9B+TiO2+Nb2O51180BTO(m=3)Bi4Ti3O12B+TiO21050BLT(m=3)Bi3.25La0.75Ti3O12B+TiO2+La2O31240BNT(m=3)Bi3.15Nd0.85Ti3O12B+TiO2+Nd2O31270BTO-Nb0.03(m=3)Nb0.03-dopedBi4Ti3O12B+TiO2+Nb2O51120SBTi(m=4)SrBi4Ti4O15B+TiO2+SrO1100SBTi-BTO(m=4，3)Bi4Ti3O12-SrBi4Ti4O15B+TiO2+SrO1110SBTi-BLT(m=4，3)Bi3.25La0.75Ti3O12-SrBi4Ti4O15B+TiO2+SrO+La2O31110SBT-BTN(m=2)(SrBi2Ta2O9)-(Bi3TiNbO9)B+TiO2+SrO+Ta2O5+Nb2O51280BTO、BLT、BNT、和BTO-Nb疇結(jié)構(gòu)(a)BTO的（020）暗場像

(b)BLT的(031)超斑點暗場像

(c)BNT的(031)超斑點暗場像

(d)BTO-Nb0.03的(111)暗場像

相變型存儲器（PRAM)BW中的反相疇：(a)是BW(210)超斑點暗場像，（b）是同一區(qū)域的(220)普通斑點暗場像。大量晶粒研究表明沒有發(fā)現(xiàn)90o疇界的存在m=4的SBTi的超斑點暗場像疇結(jié)構(gòu)研究小結(jié)首次被研究的m=1的BW中存在反相疇而不存在90o疇。

研究了m=2的同族化合物CBT、SBT、BBT的疇結(jié)構(gòu)，相對于SBT，CBT的90o疇界平直，密度較??；反相疇存在于CBT和SBT中；BBT在室溫下為