铁电体隧道结的理论电流-电压特性

我们提出铁电体隧道结（FTJ）的概念。该结由两个金属电极夹置纳米厚度的铁电体垫层构成。分析了 FTJ 的电流-电压特性，假设直接电子隧穿是主导的导电机制。首先描述了固有于铁电体材料的逆 piezoelectric 效应对隧道电流的影响。计算表明，源于 piezoeffect 的晶格应变会通过改变垫层厚度、电子有效质量和导带边位置，从而修改电流-电压关系。值得注意的是，电导最小值因 piezoeffect 效应而从零电压位移，并在铁电体垫层极化反转后发生应变相关的电阻开关。其次，我们分析了由于金属电极对极化电荷 imperfect 屏蔽所产生的内部电场效应。结果表明，对于非对称 FTJ，此去极化场效应也会导致极化反转后显著改变隧道结的阻值。然而，所得电流-电压环的对称性不同于应变相关的电阻开关。在 FTJ 非对称性增加的过程中，描述了从一种类型滞回曲线向另一种类型的交叉，同时考虑了应变效应和去极化场效应。值得注意的是，由于电阻开/关比值较大，采用结构不同的上下电极的非对称 FTJ 更适合用于非易失性存储器应用。