【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铁电薄膜，特别涉及一种氧化铪基铁电材料性能的优化方法和系统。
技术介绍
1、存储器作为航天电子系统中的核心器件之一，在复杂空间辐射环境工作时，会受到各种宇宙射线和粒子轰击而引起辐射效应，导致存储数据紊乱，影响航天系统正常工作。因此，对于航天用存储器来说，必须经受空间极端辐射环境的严苛考验。
2、氧化铪基铁电存储器作为存储器的一员，具有cmos工艺兼容，微缩能力强，有一定的的抗辐射能力等优势，并且薄膜薄至3nm还能保持铁电性。因此氧化铪基铁电存储器是未来航天电子系统的重要选择。
3、然而氧化铪基铁电薄膜的唤醒效应和抗疲劳性能不足等稳定性问题是氧化铪基铁电存储器产业化需要克服的技术瓶颈。为了优化这些问题，人们发现了如掺杂、改变电极及离子辐照等手段。其中，基于离子辐照的缺陷工程使用离子束对靶材料进行轰击，在材料内部诱生氧空位缺陷，对材料的相结构进行改造，最终能够达到调控薄膜宏观性能的目的。这种方法已被娴熟地用于二维材料、光电材料、高温超导薄膜、电池材料的优化设计当中，它是精准引入缺陷，调控薄膜微观结构和优化薄膜宏观性能的有力手段。
4、目前，氪(kr)、碘(i)、金(au)、银(ag)等多种辐照离子已被证实可在氧化铪基薄膜内部诱生氧空位缺陷，进而促使非晶态到单斜相的转变、单斜相到四方相的转变或者铁电相向四方相转变。离子类型、离子剂量、辐照离子的电子能量损失值等辐照条件可影响相变路径。值得提出的是2022年5月份发表在science上的一篇报道揭示，韩国成均馆大学已通过he离子辐照在hf
5、因此，有必要研究辐照离子对薄膜内氧空位缺陷的诱生规律，利用重离子辐照对铁电材料的性能进行进一步优化。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种优化氧化铪基铁电材料性能的方法，通过建立重离子剂量、辐照能量与基于重离子辐照产生的氧空位的关系，构建关于离子辐照下的铁电材料相场模型，基于该相场模型的分析结果确定能够优化薄膜性能的氧空位浓度范围，建立离子辐照与氧化铪基铁电薄膜性能之间的关系，基于氧空位浓度范围优化氧化铪基铁电薄膜性能。
2、为解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了一种氧化铪基铁电材料性能的优化方法，包括：计算至少一种重离子辐照氧化铪基铁电薄膜时产生的氧空位浓度及浓度分布；
3、构建基于氧空位浓度的氧化铪基铁电薄膜的相场模型，解算所述相场模型，得到基于重离子辐照的氧化铪基铁电薄膜内的剩余极化值；
4、根据剩余极化值确定通过重离子辐照优化氧化铪基铁电薄膜性能的氧空位浓度范围；
5、根据所述氧空位浓度范围优化辐照的重离子的类型、能量以及重离子剂量。
6、优选地，计算至少一种重离子辐照氧化铪基铁电薄膜时产生的氧空位浓度的步骤，包括：
7、建立金属-铁电电容器结构，所述电容器结构为：tin-hf0.5zr0.5o2-sio2-si；
8、计算所述金属-铁电电容器结构内基于重离子辐照的氧化铪基铁电薄膜的氧空位浓度。
9、优选地，计算金属-铁电电容器结构内基于重离子辐照的氧化铪基铁电薄膜的氧空位浓度的步骤，包括：
10、注入初始重离子的类型、能量以及重离子剂量；
11、调整重离子的注入角度及氧化铪基铁电薄膜的物理密度；
12、基于蒙特卡洛法计算氧化铪基铁电薄膜内产生的氧空位浓度。
13、优选地，重离子为氙离子、铁离子、碘离子或金离子中的一种或多种；
14、所述电容器结构的厚度依次为：25nm/15nm/3nm/100nm；
15、所述氧化铪基铁电薄膜的物理密度为11.15g/cm3。
16、优选地，构建基于氧空位浓度的氧化铪基铁电薄膜的相场模型的步骤包括：
17、建立重离子辐照氧化铪基铁电薄膜的总自由能量密度方程；
18、根据所述总自由能量密度方程推导所述氧化铪基铁电薄膜的物理场方程的弱形式及氧空位浓度扩散方程的弱形式；
19、将所述弱形式添加至几何计算域，划分所述氧化铪基铁电薄膜的几何计算域，并设置所述几何计算域的初始值和边界条件，得到基于重离子辐照诱导产生氧空位的氧化铪基铁电薄膜的相场模型；
20、解算所述相场模型，得到不同时刻铁电薄膜的剩余极化值；
21、所述物理场包括：力场、极化场和电场。
22、优选地，根据重离子辐照氧化铪基铁电薄膜产生的氧空位浓度在所述氧化铪基铁电薄膜的厚度上划分所述几何计算域；
23、所述几何计算域包括：
24、第一层，厚度为3.1nm；
25、第二层、第三层、第四层，厚度均为3.15nm；
26、第五层，厚度为2.45nm。
27、优选地，根据剩余极化值确定优化所述氧化铪基铁电薄膜性能的氧空位浓度范围的步骤包括：
28、分别计算所述氧化铪基铁电薄膜受到不同重离子辐照后的剩余极化值，以及对应的氧空位浓度范围；
29、选取不同重离子辐照后剩余极化优于辐照前时对应氧空位浓度重合部分。
30、本专利技术第二方面提供了一种氧化铪基铁电薄膜材料性能的优化系统，用于实现上述方法，包括：输入模块，用于输入注入的重离子类型、重离子剂量和辐照能量；
31、模型解算模块，基于所述输入模块的数据计算重离子辐照的氧化铪基铁电薄膜产生的氧空位浓度，解算相场模型得到剩余极化值；
32、数据处理模块，基于所述相场模型的解算结果，确定氧空位浓度范围；
33、优化模块，根据氧空位浓度的范围对输入注入的重离子类型、重离子剂量和辐照能量进行优化。
34、本专利技术第三方面提供了一种可读存储介质，可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现氧化铪基铁电薄膜材料性能的优化系统的输入并输出。
35、本专利技术第四方面提供了一种电子设备，包括处理器和上述可读存储介质。
36、本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
37、本专利技术以剩余极化值作为重离子辐照氧化铪基铁电材料时产生的氧空位缺陷的直接体现，通过获取不同剩余极化值时对应的氧空位浓度，确定能够用于优化的氧空位的浓度范围，从而建立离子辐照与薄膜性能之间的关系，再调控重离子辐照中不同重离子类型的离子剂量、辐照能量来进一步优化氧化铪基薄膜性能。
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1.一种氧化铪基铁电材料性能的优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算至少一种重离子辐照氧化铪基铁电薄膜时产生的氧空位浓度的步骤，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算金属-铁电电容器结构内基于重离子辐照的氧化铪基铁电薄膜的氧空位浓度的步骤，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述构建基于氧空位浓度的氧化铪基铁电薄膜的相场模型的步骤包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述重离子辐照氧化铪基铁电薄膜产生的氧空位浓度在所述氧化铪基铁电薄膜的厚度上划分所述几何计算域；
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据剩余极化值确定优化所述氧化铪基铁电薄膜性能的氧空位浓度范围的步骤包括：
8.一种氧化铪基铁电薄膜材料性能的优化系统，其特征在于，用于实现如根据权利要求1-7任意项所述方法，包括：
9.一种可读存储介质，其特征在于，可读存储介质上存储程
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和如权利要求8所述可读存储介质。
...【技术特征摘要】
1.一种氧化铪基铁电材料性能的优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算至少一种重离子辐照氧化铪基铁电薄膜时产生的氧空位浓度的步骤，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算金属-铁电电容器结构内基于重离子辐照的氧化铪基铁电薄膜的氧空位浓度的步骤，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述构建基于氧空位浓度的氧化铪基铁电薄膜的相场模型的步骤包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述重离子辐照氧化铪...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋丽梅，林鑫，朱冰妍，廖宁涛，周慷，李云哲，曾斌建，欧阳晓平，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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