随着集成电路技术和二维材料加工工艺的飞速进步,人们已经将传统半导体器件的特征尺寸缩小到纳米量级,尤其以台积电等国际大厂为代表的产业界,已经开始大规模采用7 nm工艺并已实现晶圆的量产。然而,随着器件特征尺寸的进一步缩小,物理极限所带来的量子隧穿等非理想效应,却给产业界带来了不小的难题,特别是在存储器领域。寻找传统硅材料的替代品以适应更小器件尺寸、更高集成度、更稳定性能的要求,已成为业内共识。铁电材料作为一种广泛存在且种类丰富的潜在替代材料,由于其特有的电滞回线现象,越来越受到研究者们的关注。本文正是基于这个背景下开展了以BaTiO₃为铁电功能层、LaNiO₃和SrRuO₃为底电极的铁电隧道结的制备及性能表征研究。采用脉冲激光沉积技术制备出表面平整、界面清晰、成相良好的外延薄膜,不同功能层堆叠形成铁电隧道结器件,通过X射线衍射、原子力显微镜和压电力显微镜等各项表征和电学性能测试,获得了性能稳定,重复性良好的铁电隧道结器件,观测到高达10³的开关比;并且,就铁电层厚度对隧道结器件性能的影响做了详细研究,利用X射线反射技术测得所生长薄膜的厚度并推算出不同材料在一定工艺条件下的生长速率,以此来控制膜厚,制备出一系列不同铁电层厚度的隧道结样品。利用Keithley 2400系列源表搭建的阻变测试系统对不同厚度隧道结的宏观电学性能进行了测试,利用MATLAB等拟合工具得到了量化的隧穿电流,得出FN隧穿及热电子的比例及其与器件开关性能密切相关,并且随厚度增加TER效应逐渐增强的结论;结合理论分析及数据拟合得到了不同厚度下载流子输运机制的转换规律。最后对铁电隧道结中所存在的内建势垒对保持性能的削弱进行了研究。产生极化不稳定和铁电疲劳现象主要归因于在超薄铁电层中的内建势场,其对一个极化方向起稳定作用,对另一个极化方向起抑制作用;采用Ag作为顶电极对原有器件结构进行改进,得到了明显的保持性能和翻转性能改善,解决了极化不稳定的问题,并在一定程度上解决了铁电疲劳对器件寿命的影响。