复合垒铁电隧道结的电致电阻效应
复合垒铁电隧道结的电致电阻效应[20191211095211]
摘 要
隧道电致电阻效应是铁电隧道结中由铁电层极化反转而引起的电阻的变化。本文，我们研究了一个具有复合垒的铁电隧道结，复合垒由功能铁电薄膜和非极性电介质薄层组成，表明其具有增强隧道电致电阻效应的能力。由于极化反转会使静电势能分布发生改变，非极性电介质势垒就可作为一个能将势垒高度从低值改变到高值的开关。隧道电致电阻的预测值很大，并且表明铁电隧道结电阻能在铁电的矫顽电场下达到几个数量级的变化。
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关键字:隧道电致电阻；铁电隧道结；铁电薄膜
目 录
第一章 引 言 3
1.1铁电隧道结概述 3
1.1.1铁电薄膜材料简述 3
1.1.2 铁电薄膜材料的制备 2
1.1.3 铁电薄膜材料的性质 2
1.1.3 铁电薄膜材料的应用 3
1.2铁电隧道结的电致电阻效应概述 5
1.3复合垒铁电隧道结简介 6
第二章 模型的建立和研究方法 7
2.1模型的建立 7
第三章 数值结果和讨论 12
结 束 语 16
参考文献 17
致 谢 17
第一章 引 言
1.1铁电薄膜材料概述
1.1.1铁电薄膜材料简述
铁电薄膜材料是一种非常重要的功能性的薄膜材料，近来引起了显著兴趣，这是因为它们在电子器件中的重要应用，如铁电存储装置。它具有许多特性，如：铁电性、介电性、以及压电性、热释电性、声光效、应电光效应和非线性光学效应等重要特性，人们可以利用其上述众多特性来研究和制做各式各样的铁电薄膜器件。当今薄膜制备技术不断取得突破并飞速发展，铁电薄膜和铁电集成器件的应用前景广阔，成为目前功能材料和器件的研究热点之一。
1.1.2 铁电薄膜材料的制备
制备铁电薄膜的常用方法主要有以下几种，现分述如下：
1）溅射法：溅射法是一种比较成熟的薄膜制备方法，具体做法是利用在电场的作用下，高速运动的离子轰击靶材，被离子轰击下来的原子或离子团沉积在一个衬底上，从而形成薄膜。溅射法又分为：反应溅射、射频磁控溅射法、离子束溅射及多元靶溅射等方法。其中射频磁控溅射法是制备铁电薄膜最成熟的方法，这种方法也是目前广泛用于制备不同铁电薄膜材料的常用方法。
2）分子束外延法：分子束外延主要是用蒸发的原理来制备的方法，以一个材料做衬，膜的材料以分子束的方式打在衬上，不断积累，精确控制其用量，可以得到很高精度的薄膜，以此方式得到的薄膜组成部分，掺杂物均可得到较好的控制，成本较高，适合制作质量要求高或有特殊要求的薄膜。
3） 溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法兴起于60年代初期，它是一种新兴的工艺，总体是用醇盐为主要原料的薄膜或陶瓷组分来制备薄膜这类功能材料。它不需要达到真空条件亦或是极高的温度等苛刻的条件，只需在常规下就可以制备，制成的薄膜性能优良，因而被广泛应用于薄膜的制备。具体是将无机盐或金属醇盐水解成溶胶状物，接下来使溶质聚合凝胶化，再热处理凝胶来去除无效部分。
1.1.3 铁电薄膜材料的性质
铁电材料的一个重要性质是他自身的电极化与外加电场之间呈类现和铁磁材料的磁滞回线相似的电滞回线图，材料总体上呈现出来自发的极化状态，这表明，其正、负端分别有一层正负相反的束缚电荷。束电场由缚电荷产生，且在晶体内部与极化方向为相反的方向，我们把它称做退极化场。退极化场会使静电能升高。同时，它在受机械约束的状态下，伴随有自发极化的应变还将使应变能增加。所以均匀极化的状态是不稳定的，晶体可以分成若干个小区域，每个小区域内，电偶极子的方向相同，而各个小区域中电偶极子方向却不同。我们把这些小区域称之为电畴．使用外电场E施加在铁电晶体材料上时，电极化沿电场方向分量的电畴将会变大，而与之反平行方向的电畴则会变小。
电介质是以极化这一特性来实现传递、存贮或记录电场的作用和影响，因此，表征电介质的最基本的参量是相对介电常数。铁电体则是特殊的一类电介质，其相对介电常数的特点有：非线性响应强，数值大，温度依赖性显著等。
除此以外，良好的热电特性是铁电材料的另一个优点．热电效应是指极化强度随温度改变而改变的一种现象。假设仅考虑单个的单畴铁电体，其中，靠近极化矢量两端的表面附近出现束缚电荷由极化的排列引起。热平衡状态中，等量反号的自由电荷屏蔽了这些束缚电荷，因而在外界中，铁电体对并不显示出电的作用。一旦温度发生改变，极化方向就会发生变化，自由电荷不再能完全屏蔽掉束缚电荷，于是，在铁电体表面将出现自由电荷，它们汇聚在附近的空间，从而形成电场，电场的作用会对带电微粒产生电的作用，表现为吸引或排斥作用。铁电体与外电路联接时，我们就能用电路来测出热电流。在温度上下变化两种不同情形下电流的方向也不同。在热电效应中，由于极化改变后对自由电荷的吸引能力发生变化导致了电荷或电流的出现，并使得在相应表面上自由电荷的增减变化。热电系数通常用来表示热电效应的大小。假使整个晶体的温度均匀地改变了很小的一个量，我们用ΔＴ来表示，那么极化的改变则是 ，其中P是热电系数，其单位为
1.1.3 铁电薄膜材料的应用
铁电薄膜材料具有良好的压电性、热释电性、铁电性、非线性光学及电光等特性，在微电子、集成光学、光电子学和微电子机械系统等领域应用非常广泛，如铁电存储器，微型压电驱动器、光学倍频器和热释电红外单元探测器等等。以上铁电薄膜的应用领域，许多已经能够应用于实际，也有许多尚处于实验阶段，因而有广阔的研究和应用前景。以下是一些典型的铁电薄膜应用的介绍：
1）铁电薄膜应用于存储器件中。
铁电薄膜最重要的应用是在存储器上的应用，有两种主要的产品：一种是应用于非挥发性铁电随机存储器（FRAM）和动态随机存储器（DRAM）。
非挥发性铁电随机存储器的原理是利用铁电薄膜的极化反转来实现数据的读和写，这可以在硅基片铁电薄膜开关电容器的基础上实现。铁电存储器具有以下显著优点：（1）抗辐射能力强；（2）非挥发存储；(3)低能量损耗；(4)驱动工作电压需求低（读写时电压一般可以低于5V）；(5)存储响应速度快；(6)存储密度高：超薄铁电薄膜材料的存储密度可以达到目前一般存储材料密度的100 倍以上，而对铁电纳米线的研究可以看出，它的存储密度甚至能够提高到106TB/cm3,是目前的存储密度的100 亿倍；(7)器件质量很小。综上所述，铁电存储器由于具备许多目前存储不具备的优势，有望取代现有的存储器。不仅如此，铁电存储器还在现有存储器达到的一些领域存在一些新的应用：铁电存储器具有抗强耐辐射能力，可以用于空间和航天技术领域；它还具有低电压工作和低功耗特点，可以作为移动电话或者是射频系统中的优良存储器使用；而它具有的快速读写能力和超强保持性能，非常适用于对数据实时性、安全性、可靠性要求较高的领域，例如，仪表器件、车辆行驶记录仪等。
2）铁电薄膜应用于微波及光学器件领域中。
铁电薄膜在微波领域广泛应用于遥感、通信、测控等一系列微波器件。例如声表面波(SAW)器件，它是利用其压电性能来设计制作的，沿介质表面传播的一种波叫声表面波，它的波长和传播速度比电磁波小约5个数量级，因而可以产生很明显的信号延迟效果。理论上来看，声表面波器件设计合理就能完成信号延迟、滤波等绝大多数电子器件具备的一系列功能要求。铁电薄膜在微波领域一个重要应用是低损可调的微波元。在这一方面备受关注的一类材料是(Ba,Sr)Ti03(BST)系列的薄膜，因其具备较强的非线性的介电性能，如介电常数场致调控性。采用这种类型的微波元件不仅可以减小设备体积的体积，其功耗也会大大降低，因而广泛应用于雷达和无线通信系统等领域。和制膜工艺也是紧密相关的是，如何才能令器件在微波频段工作时仍保持较好的介电常数可调性，并且还要有较低的介电损耗这两种性能。目前国内外不少研究人员针对这方面的应用，对RST 薄膜做了大量的实验研究，以达到降低薄膜的高频介电损耗和提高其介电可调性的目的。
铁电薄膜另外一个重要的应用领域在光学器件中。其原理是利用制成的铁电薄膜和特定衬底之间折射率差相差很大，薄膜与衬底结合起来构成了一个光波导，以完成限定高能光束的目的，使得器件的功率密度大大加强。这一方式可以用于制作光纤通信系统；实现空间光调制可利用铁电薄膜的光折变、电光效应，光盘的存储能力的提高就可以利用其倍频效应完成；而在光学显示领域，就可以在液晶显示器中添加铁电功能梯度材料(FGM)薄膜，提高其图像的清晰度和对比度可利用其残余极化性能产生的电场来完成，而利用一些铁电薄膜(如PLZT)的电光性能制备的光阀还可用于制成性能优良的彩色投影显示器。
1.2铁电隧道结的电致电阻效应概述
铁电薄膜材料近来引起显著兴趣，这是因为它们在电子器件中的应用，尤其是在铁电存储器中。其中一种影响强电介质电容器存储器装置性能的，关键因素是漏电流。由于铁电隧道结中，铁电垒的两个界面存在没有被完全屏蔽的极化电荷导致了退极化场的产生。所以，薄铁电薄膜的传导一直是人们多年来研究，活跃的领域（例见参考文献2）。对于几百纳米厚度的薄膜，我们同样发现，传输机制类似与那些广为人知的宽带隙半导体。如肖特基热电子发射，普尔 - 弗伦凯尔传导，福勒 - 诺德海姆福勒隧穿，都被认为可能是强电介质电容器漏电流的根源。
当薄膜的厚度接近纳米级时，这种传输行为将发生巨大变化，而这直接造成隧道传输变成占优势的传导机制。最近理论和实验对钙钛矿氧化物铁电材料的研究表明，当该材料尺度一直下降到纳米级时，其铁电性仍然可以保持，这使得我们可以在铁电隧道结中使用铁电体作为隧道的界面。相反，对于运行受漏电流影响特别大的铁电电容器，，铁电隧道的电导是影响该设备功能的关键。关键属性是隧道电致电阻，即在铁电隧道的电阻变化伴随着铁电极化的反转。基于简单的模型预测，隧道电致电阻在铁电隧道结中可以是相当大的，这是由于在隧道势垒中其电阻的变化依赖于极化方向，以上结果可以用铁电隧道结的输运性质的第一原理计算得出。许多隧道电致电阻的作用现象被实验所证明，如对Pt /Pb（Zr0.52Ti0.48）O3/SrRuO3界面的实验，更近的，利用多铁性La0.1Bi0.9MnO3电池制成的铁电隧道结。就在最近，很大的隧道电致电阻被钛酸钡薄膜制成的纳米级厚的探针测量明确地测出。
有许多机制可以说明隧道电致电阻对铁电隧道结的作用。其中之一涉及到在金属电极中不同的筛分长度。而另外两个则是，从整个受偏振方向和在强电介质阻挡与偏振相关的衰减常数的接口上的传输而来，在铁电隧道结中所有机制要求不对称性，其可以是本征（例如，由于非对等的接口）或者是系统（例如，通过使用不同的电极）有意引入的。
1.3复合垒铁电隧道结简介
在这篇文章中，我们提出了一种有效的方法以显着提高铁电隧道电致电阻，通过使用层状复合阻隔结合的功能性铁电薄膜和一个非极性的薄膜电介质材料。由于极化反转会使静电势能分布发生改变，非极性电介质势垒就可作为一个能将势垒高度从低值改变到高值的开关，从低到高改变其势垒高度的值，从而导致整个铁电隧道结发生了戏剧性的变化。隧道电致电阻的值预计是巨大的。这表明，在这样的铁电隧道结处，两个偏振取向状态之间的电阻率可能达到几十万甚至更高。一个铁电隧道结的几何形状的描述并不需要不同的电极，可能仅仅需要完善的设备应用程序。
第二章 模型的建立和研究方法
2.1模型的建立
图1.（a）
图1.（b）
图1：（a）为一复合垒铁电薄膜的几何结构，该模型的铁电隧道结的两个相对的极化方向分别用实线箭头和虚线箭头表示，具体参数如下：
=2.0 ，介电层的介电常数 ， 铁电的介电常数 ，
，铁电体的极化 ，
， ，
a的宽度 ，b的宽度 。
（b）上的静电电势分布为：a =25A，b =5A， ， ， ， 。
我们采用一个自由电子模型来描述一个铁电隧道中的静电势分布和电子隧穿。通过观察电子的运输情况了解整体的隧穿电势分布。我们可以推测：电势分布为铁电隧道结导带和铁电层自发极化而产生的阶梯状变化的静电势的叠加，整个铁电隧道结导带从最小值开始，而静电势为阶梯状的起点，反应了非极性的电介质层中的激发极化和电极中的屏蔽变化。
2.2计算公式
根据托马斯 - 费米模型以及短路边界条件来考察计算。在这种情况下，各电极静电势的状态分布如下：
（1）
摘 要
隧道电致电阻效应是铁电隧道结中由铁电层极化反转而引起的电阻的变化。本文，我们研究了一个具有复合垒的铁电隧道结，复合垒由功能铁电薄膜和非极性电介质薄层组成，表明其具有增强隧道电致电阻效应的能力。由于极化反转会使静电势能分布发生改变，非极性电介质势垒就可作为一个能将势垒高度从低值改变到高值的开关。隧道电致电阻的预测值很大，并且表明铁电隧道结电阻能在铁电的矫顽电场下达到几个数量级的变化。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:隧道电致电阻；铁电隧道结；铁电薄膜
目 录
第一章 引 言 3
1.1铁电隧道结概述 3
1.1.1铁电薄膜材料简述 3
1.1.2 铁电薄膜材料的制备 2
1.1.3 铁电薄膜材料的性质 2
1.1.3 铁电薄膜材料的应用 3
1.2铁电隧道结的电致电阻效应概述 5
1.3复合垒铁电隧道结简介 6
第二章 模型的建立和研究方法 7
2.1模型的建立 7
第三章 数值结果和讨论 12
结 束 语 16
参考文献 17
致 谢 17
第一章 引 言
1.1铁电薄膜材料概述
1.1.1铁电薄膜材料简述
铁电薄膜材料是一种非常重要的功能性的薄膜材料，近来引起了显著兴趣，这是因为它们在电子器件中的重要应用，如铁电存储装置。它具有许多特性，如：铁电性、介电性、以及压电性、热释电性、声光效、应电光效应和非线性光学效应等重要特性，人们可以利用其上述众多特性来研究和制做各式各样的铁电薄膜器件。当今薄膜制备技术不断取得突破并飞速发展，铁电薄膜和铁电集成器件的应用前景广阔，成为目前功能材料和器件的研究热点之一。
1.1.2 铁电薄膜材料的制备
制备铁电薄膜的常用方法主要有以下几种，现分述如下：
1）溅射法：溅射法是一种比较成熟的薄膜制备方法，具体做法是利用在电场的作用下，高速运动的离子轰击靶材，被离子轰击下来的原子或离子团沉积在一个衬底上，从而形成薄膜。溅射法又分为：反应溅射、射频磁控溅射法、离子束溅射及多元靶溅射等方法。其中射频磁控溅射法是制备铁电薄膜最成熟的方法，这种方法也是目前广泛用于制备不同铁电薄膜材料的常用方法。
2）分子束外延法：分子束外延主要是用蒸发的原理来制备的方法，以一个材料做衬，膜的材料以分子束的方式打在衬上，不断积累，精确控制其用量，可以得到很高精度的薄膜，以此方式得到的薄膜组成部分，掺杂物均可得到较好的控制，成本较高，适合制作质量要求高或有特殊要求的薄膜。
3） 溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法兴起于60年代初期，它是一种新兴的工艺，总体是用醇盐为主要原料的薄膜或陶瓷组分来制备薄膜这类功能材料。它不需要达到真空条件亦或是极高的温度等苛刻的条件，只需在常规下就可以制备，制成的薄膜性能优良，因而被广泛应用于薄膜的制备。具体是将无机盐或金属醇盐水解成溶胶状物，接下来使溶质聚合凝胶化，再热处理凝胶来去除无效部分。
1.1.3 铁电薄膜材料的性质
铁电材料的一个重要性质是他自身的电极化与外加电场之间呈类现和铁磁材料的磁滞回线相似的电滞回线图，材料总体上呈现出来自发的极化状态，这表明，其正、负端分别有一层正负相反的束缚电荷。束电场由缚电荷产生，且在晶体内部与极化方向为相反的方向，我们把它称做退极化场。退极化场会使静电能升高。同时，它在受机械约束的状态下，伴随有自发极化的应变还将使应变能增加。所以均匀极化的状态是不稳定的，晶体可以分成若干个小区域，每个小区域内，电偶极子的方向相同，而各个小区域中电偶极子方向却不同。我们把这些小区域称之为电畴．使用外电场E施加在铁电晶体材料上时，电极化沿电场方向分量的电畴将会变大，而与之反平行方向的电畴则会变小。
电介质是以极化这一特性来实现传递、存贮或记录电场的作用和影响，因此，表征电介质的最基本的参量是相对介电常数。铁电体则是特殊的一类电介质，其相对介电常数的特点有：非线性响应强，数值大，温度依赖性显著等。
除此以外，良好的热电特性是铁电材料的另一个优点．热电效应是指极化强度随温度改变而改变的一种现象。假设仅考虑单个的单畴铁电体，其中，靠近极化矢量两端的表面附近出现束缚电荷由极化的排列引起。热平衡状态中，等量反号的自由电荷屏蔽了这些束缚电荷，因而在外界中，铁电体对并不显示出电的作用。一旦温度发生改变，极化方向就会发生变化，自由电荷不再能完全屏蔽掉束缚电荷，于是，在铁电体表面将出现自由电荷，它们汇聚在附近的空间，从而形成电场，电场的作用会对带电微粒产生电的作用，表现为吸引或排斥作用。铁电体与外电路联接时，我们就能用电路来测出热电流。在温度上下变化两种不同情形下电流的方向也不同。在热电效应中，由于极化改变后对自由电荷的吸引能力发生变化导致了电荷或电流的出现，并使得在相应表面上自由电荷的增减变化。热电系数通常用来表示热电效应的大小。假使整个晶体的温度均匀地改变了很小的一个量，我们用ΔＴ来表示，那么极化的改变则是 ，其中P是热电系数，其单位为
1.1.3 铁电薄膜材料的应用
铁电薄膜材料具有良好的压电性、热释电性、铁电性、非线性光学及电光等特性，在微电子、集成光学、光电子学和微电子机械系统等领域应用非常广泛，如铁电存储器，微型压电驱动器、光学倍频器和热释电红外单元探测器等等。以上铁电薄膜的应用领域，许多已经能够应用于实际，也有许多尚处于实验阶段，因而有广阔的研究和应用前景。以下是一些典型的铁电薄膜应用的介绍：
1）铁电薄膜应用于存储器件中。
铁电薄膜最重要的应用是在存储器上的应用，有两种主要的产品：一种是应用于非挥发性铁电随机存储器（FRAM）和动态随机存储器（DRAM）。
非挥发性铁电随机存储器的原理是利用铁电薄膜的极化反转来实现数据的读和写，这可以在硅基片铁电薄膜开关电容器的基础上实现。铁电存储器具有以下显著优点：（1）抗辐射能力强；（2）非挥发存储；(3)低能量损耗；(4)驱动工作电压需求低（读写时电压一般可以低于5V）；(5)存储响应速度快；(6)存储密度高：超薄铁电薄膜材料的存储密度可以达到目前一般存储材料密度的100 倍以上，而对铁电纳米线的研究可以看出，它的存储密度甚至能够提高到106TB/cm3,是目前的存储密度的100 亿倍；(7)器件质量很小。综上所述，铁电存储器由于具备许多目前存储不具备的优势，有望取代现有的存储器。不仅如此，铁电存储器还在现有存储器达到的一些领域存在一些新的应用：铁电存储器具有抗强耐辐射能力，可以用于空间和航天技术领域；它还具有低电压工作和低功耗特点，可以作为移动电话或者是射频系统中的优良存储器使用；而它具有的快速读写能力和超强保持性能，非常适用于对数据实时性、安全性、可靠性要求较高的领域，例如，仪表器件、车辆行驶记录仪等。
2）铁电薄膜应用于微波及光学器件领域中。
铁电薄膜在微波领域广泛应用于遥感、通信、测控等一系列微波器件。例如声表面波(SAW)器件，它是利用其压电性能来设计制作的，沿介质表面传播的一种波叫声表面波，它的波长和传播速度比电磁波小约5个数量级，因而可以产生很明显的信号延迟效果。理论上来看，声表面波器件设计合理就能完成信号延迟、滤波等绝大多数电子器件具备的一系列功能要求。铁电薄膜在微波领域一个重要应用是低损可调的微波元。在这一方面备受关注的一类材料是(Ba,Sr)Ti03(BST)系列的薄膜，因其具备较强的非线性的介电性能，如介电常数场致调控性。采用这种类型的微波元件不仅可以减小设备体积的体积，其功耗也会大大降低，因而广泛应用于雷达和无线通信系统等领域。和制膜工艺也是紧密相关的是，如何才能令器件在微波频段工作时仍保持较好的介电常数可调性，并且还要有较低的介电损耗这两种性能。目前国内外不少研究人员针对这方面的应用，对RST 薄膜做了大量的实验研究，以达到降低薄膜的高频介电损耗和提高其介电可调性的目的。
铁电薄膜另外一个重要的应用领域在光学器件中。其原理是利用制成的铁电薄膜和特定衬底之间折射率差相差很大，薄膜与衬底结合起来构成了一个光波导，以完成限定高能光束的目的，使得器件的功率密度大大加强。这一方式可以用于制作光纤通信系统；实现空间光调制可利用铁电薄膜的光折变、电光效应，光盘的存储能力的提高就可以利用其倍频效应完成；而在光学显示领域，就可以在液晶显示器中添加铁电功能梯度材料(FGM)薄膜，提高其图像的清晰度和对比度可利用其残余极化性能产生的电场来完成，而利用一些铁电薄膜(如PLZT)的电光性能制备的光阀还可用于制成性能优良的彩色投影显示器。
1.2铁电隧道结的电致电阻效应概述
铁电薄膜材料近来引起显著兴趣，这是因为它们在电子器件中的应用，尤其是在铁电存储器中。其中一种影响强电介质电容器存储器装置性能的，关键因素是漏电流。由于铁电隧道结中，铁电垒的两个界面存在没有被完全屏蔽的极化电荷导致了退极化场的产生。所以，薄铁电薄膜的传导一直是人们多年来研究，活跃的领域（例见参考文献2）。对于几百纳米厚度的薄膜，我们同样发现，传输机制类似与那些广为人知的宽带隙半导体。如肖特基热电子发射，普尔 - 弗伦凯尔传导，福勒 - 诺德海姆福勒隧穿，都被认为可能是强电介质电容器漏电流的根源。
当薄膜的厚度接近纳米级时，这种传输行为将发生巨大变化，而这直接造成隧道传输变成占优势的传导机制。最近理论和实验对钙钛矿氧化物铁电材料的研究表明，当该材料尺度一直下降到纳米级时，其铁电性仍然可以保持，这使得我们可以在铁电隧道结中使用铁电体作为隧道的界面。相反，对于运行受漏电流影响特别大的铁电电容器，，铁电隧道的电导是影响该设备功能的关键。关键属性是隧道电致电阻，即在铁电隧道的电阻变化伴随着铁电极化的反转。基于简单的模型预测，隧道电致电阻在铁电隧道结中可以是相当大的，这是由于在隧道势垒中其电阻的变化依赖于极化方向，以上结果可以用铁电隧道结的输运性质的第一原理计算得出。许多隧道电致电阻的作用现象被实验所证明，如对Pt /Pb（Zr0.52Ti0.48）O3/SrRuO3界面的实验，更近的，利用多铁性La0.1Bi0.9MnO3电池制成的铁电隧道结。就在最近，很大的隧道电致电阻被钛酸钡薄膜制成的纳米级厚的探针测量明确地测出。
有许多机制可以说明隧道电致电阻对铁电隧道结的作用。其中之一涉及到在金属电极中不同的筛分长度。而另外两个则是，从整个受偏振方向和在强电介质阻挡与偏振相关的衰减常数的接口上的传输而来，在铁电隧道结中所有机制要求不对称性，其可以是本征（例如，由于非对等的接口）或者是系统（例如，通过使用不同的电极）有意引入的。
1.3复合垒铁电隧道结简介
在这篇文章中，我们提出了一种有效的方法以显着提高铁电隧道电致电阻，通过使用层状复合阻隔结合的功能性铁电薄膜和一个非极性的薄膜电介质材料。由于极化反转会使静电势能分布发生改变，非极性电介质势垒就可作为一个能将势垒高度从低值改变到高值的开关，从低到高改变其势垒高度的值，从而导致整个铁电隧道结发生了戏剧性的变化。隧道电致电阻的值预计是巨大的。这表明，在这样的铁电隧道结处，两个偏振取向状态之间的电阻率可能达到几十万甚至更高。一个铁电隧道结的几何形状的描述并不需要不同的电极，可能仅仅需要完善的设备应用程序。
第二章 模型的建立和研究方法
2.1模型的建立
图1.（a）
图1.（b）
图1：（a）为一复合垒铁电薄膜的几何结构，该模型的铁电隧道结的两个相对的极化方向分别用实线箭头和虚线箭头表示，具体参数如下：
=2.0 ，介电层的介电常数 ， 铁电的介电常数 ，
，铁电体的极化 ，
， ，
a的宽度 ，b的宽度 。
（b）上的静电电势分布为：a =25A，b =5A， ， ， ， 。
我们采用一个自由电子模型来描述一个铁电隧道中的静电势分布和电子隧穿。通过观察电子的运输情况了解整体的隧穿电势分布。我们可以推测：电势分布为铁电隧道结导带和铁电层自发极化而产生的阶梯状变化的静电势的叠加，整个铁电隧道结导带从最小值开始，而静电势为阶梯状的起点，反应了非极性的电介质层中的激发极化和电极中的屏蔽变化。
2.2计算公式
根据托马斯 - 费米模型以及短路边界条件来考察计算。在这种情况下，各电极静电势的状态分布如下：
（1）
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