介電門控介質(zhì)概述 1 1 2 3VCM器件中的介電材料主要作為施加外部電壓或電場的介質(zhì)，要求材料具型的介電材料，可以通過帶電離子的運動而在介電/磁層界面形成雙電層，從而產(chǎn)生較大的電場。一些基于電阻開關(guān)的VCM器件可以在沒有介質(zhì)材料的情況下工作。表2.4總結(jié)了部分介質(zhì)材料的性能特點。為了實現(xiàn)VCM,通常需要根據(jù)載流子密度和磁特性的相應顯著調(diào)制來產(chǎn)生較大的電場。因為在電容結(jié)構(gòu)中，在門控效應下載流子密度的變化與CVg/e的值同的情況下，通過增加C值可以實現(xiàn)對鐵磁性能的明顯控制。普通介電材料的電容為C=Kεo/d,其中k和ε0分別表示相對介電常數(shù)和真空介電常數(shù)，而d表示介電層厚度[37]。因此，為了獲得更大的電容和顯著的VCM,有必要增加介電層的k和減小介電層的d。K引用------------然而，SiO?的相對介電常數(shù)(介電常數(shù)，K)僅為3.9,嚴重限制了電操縱效應。因此，在FET型器件中，一些高k材料如MgO、Al?O?為MTJ型器件的隧穿勢壘，從而為實際TMR的電學操作提供了良好的機會。為間的高質(zhì)量界面，這對于精細界面磁性的電壓控制尤為重要，而ALD具有高擊的多鐵性而被廣泛應用于VCM中，分別通過載流子密度調(diào)制、應變效應和交換耦合來獲得有效的VCM。由于鐵電層的反極化狀態(tài)會使異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面附近鐵磁等)的介電常數(shù)可以顯著增大兩個數(shù)量級，載流子密度的變化更為明顯。值得注意的是，在鐵電材料的Tc下用電場掃過時，鐵電極化呈現(xiàn)出類似于鐵磁磁化的磁滯回線。因此，在FE/FM異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，去除電壓后鐵電材料中的剩余極化保晶體中沿[100]方向使用的平面內(nèi)壓電應變顯示缺乏剩余應變的揮發(fā)性蝴蝶樣行電場控制的環(huán)狀磁化，表現(xiàn)出典型的非易失性特征。此外，通過改變PMN-PT這保證了磁性的非易失性電操縱。在PZT中也觀察到類似的環(huán)狀行為。像BFO和YMO等一些典型的多鐵質(zhì)材料同時具有鐵電和反鐵磁，而Cr?O?具有單軸反鐵磁疇，從而引起交換偏置場的幅值和極化變化，這種多鐵質(zhì)/鐵磁異質(zhì)結(jié)構(gòu)的VCM是基于鐵磁與反鐵磁階之間的界面交換相互作用實現(xiàn)的。層之間良好的界面可以提高VCM的效果。鑒于此，鐵激光沉積(PLD)來制備，以保證良好的質(zhì)量和性能。有時，當需要鐵氧化物晶體時也會使用熔融法，例如通常用作單晶襯底的PMN-PT。將陰離子和陽離子分離到相反的電極，在VCM的應用中起著重要的作用。電解體的低分子量使其比傳統(tǒng)電解質(zhì)具有更強的導電性，在VCM過程中，離子液體的陽離子和陰離子在柵極電壓的作用下分別驅(qū)動介質(zhì)材料相比，雙電層在約為10μF/cm2的非常大的電容中表現(xiàn)，因這些高密度的載流子注入明顯大于SiO?介質(zhì)層的注入。相比機介質(zhì)FET中，SiO?柵介質(zhì)厚度為300nm,其電容約為10nF/cm2,對工作溫度、頻率、氧氣濃度、VG大小、濕度等