近二十年来,集成铁电存储器倍受关注。早期广泛研究的存储材料是钙钛矿结构的Pb(Zr,Ti)O3(PZT)薄膜。然而PZT薄膜的疲劳问题严重,极化随翻转次数的增加而减少,使存储器失效。另外PZT含铅,对健康和环境不利,人们希望能够找到新的铁电存储介质。1995年出现的Bi系层状钙钛矿铁电薄膜,如SrBi2Ta2O9, Bi4Ti3O12具有优异的抗疲劳性能,但是与PZT相比,其铁电极化较小,这限制了铁电存储器存储密度的提高。最近,室温多铁性BiFeO3薄膜,受到广泛的关注。BiFeO3的剩余极化可以达到60-100μC/cm2,与PZT相当,因此其在高密度存储方面具有很好的应用前景。但是,由于Fe2+和氧空位的存在,BiFeO3薄膜的漏电流较大,这使得饱和的电滞回线很难被观测到。另一方面,由于钙钛矿氧化物薄膜制备技术的提高,铁电性能够存在于几个晶胞厚度的薄膜中,这使得铁电隧道结的实现成为可能。在铁电隧道结中,势垒的高度可以被铁电极化的翻转所调制,从而实现电调制的隧穿电阻,即隧穿电致电阻,其定量表示为ON/OFF值,这里ON是低阻态的电流密度,OFF为高阻态电流密度。相对于传统铁电随机存储器,基于铁电隧道结的存储器具有非破坏性读出,高存储密度等优势。本论文着眼于这两个方面,采用化学溶液沉积法来制备Pr和Mn共掺杂BiFeO3(BPFMO)薄膜,研究Pr掺杂浓度对其铁电性能的影响。采用脉冲激光沉积制备BaTiO3基铁电隧穿结构,研究铁电极化翻转对电致电阻的调制。主要结果如下：(1)Pr掺杂会导致BPFMO薄膜从菱方相向四方相的结构相变,相界出现在Pr掺杂浓度为14—15%左右。相界成分的BPFMO薄膜表现出同时提高的铁磁性和铁电性。提高的铁磁性来源于相界处晶体结构剧烈畸变,这一畸变一方面影响了薄膜的G型反铁磁序,另一方面抑制了其自旋长程非公度正弦结构,从而释放了BiFeO3的净磁矩。提高的铁电性来源于Pr掺杂对BiFeO3薄膜漏电流的抑制,以及样品中180°畴的增加。(2)对相界成分样品的漏电流机制进行了分析,发现BPFMOx=0.14薄膜的输运行为主要受体效应限制。在低电场阶段,其漏电流符合空间电荷限制电流(SCLC)机制,在高电场阶段为Poole-Frenkel (PF)发射。由于SCLC和PF发射这两种机制相互竞争,在低温下,两个机制的转变过程中出现了负微分电阻行为。(3)进一步研究相界成分薄膜样品的极化疲劳行为,发现BPFMOx=0.15薄膜在低频率和低翻转电场脉冲循环下容易发生极化疲劳。BPFMOx=0.15薄膜中,伴随着极化的下降,其介电常数增加。通过施加饱和电场循环,极化和介电常数均能够恢复到其初始状态。这些说明,BPFMOx=0.15薄膜的极化疲劳来自于氧空位在脉冲循环中迁移和在带电畴壁上聚集。实验结果支持畴壁钉扎造成极化疲劳的物理图像。(4)室温下实现了Pt/BaTiO3/SrRuO3铁电隧道结中的隧穿电致阻变,并且发现缺陷电流是影响隧道结阻变效应的重要因素。在10K低温下,缺陷电流被抑制,Pt/BaTiO3/SrRuO3表现出提高的隧穿电致电阻,其ON/OFF值增大了一个数量级,达到420%。(5)在Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3铁电隧穿二极管中观测到了巨大的电致阻变效应,其ON/OFF比值在室温下可达13000。并且Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3二极管具有稳定的阻态保持性,优良的抗疲劳特性。变温电流-电压特性表明其电致电阻效应来自于铁电极化对半导体一侧肖特基势垒的调制。