有機鐵電P(VDF-TrFE)薄膜的制備及鐵電性能研究.pdf

1、鐵電存儲器具有高密度、高讀寫速度、低功耗、低成本等優(yōu)點,被學術界和產(chǎn)業(yè)界公認為最有潛力的下一代存儲器之一。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,對非揮發(fā)存儲器(如鐵電場效應晶體管(Ferroelectric Electric Field Effect Transistor, FeFET)存儲器)的需求與日俱增,從而導致了對新的存儲器材料的研究與探索的熱潮。目前用于制備鐵電存儲器的鐵電薄膜材料體系仍以鋯鈦酸鉛(PZT)系為主。PZT薄膜具有一些良好的鐵電性

2、能,如較大的剩余極化值以及較低的熱處理溫度等。但是,PZT系列鐵電薄膜也具有一些不利因素,尤其是抗疲勞性能差,經(jīng)過多次翻轉后鐵電性能顯著下降。同時,PZT系列鐵電薄膜含有鉛,容易污染環(huán)境,給人類的生存空間帶來危害。所以,開發(fā)一類新的鐵電材料來取代PZT變得尤為必要。以偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物(P(VDF-TrFE))為代表的有機鐵電薄膜材料結晶溫度較低、小的漏電流、抗疲勞特性好、自發(fā)極化較大,所以可望成為新的適用于FeFET器件的鐵電

3、薄膜材料。本文選擇用旋涂法(spin-coating)在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)基片上制備了有機鐵電P(VDF-TrFE)薄膜,并分別對其鐵電、漏電流、介電性能進行了一些研究。
　　在本學位論文中,在第1章總結了鐵電材料以及鐵電薄膜的研究進展以及存在的問題。同時引出了有機鐵電材料,介紹了有機鐵電材料的結構、性能及應用。在此基礎上,給出了本文的選材及研究目的與內(nèi)容。在第2章介紹了本文實驗所用的材料以及方法。

4、r>　　在第3章和第4章中,分別研究了薄膜厚度,鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)摻雜對P(VDF-TrFE)薄膜的微觀結構、鐵電性能及電學性能等性質(zhì)的影響。結果表明薄膜厚度對薄膜性能有重要影響。在同一電場下,有機鐵電薄膜的剩余極化強度隨厚度的增加而增加,X射線衍射(XRD)表明這主要是由于P(VDF-TrFE)薄膜結晶度和薄膜厚度有直接的關系,薄膜厚度越大,越有利于結晶。當薄膜厚度減低至100 nm以下的時候,結晶度急驟減小,其鐵電性能也迅速

5、減弱。摻入適量的 DEP薄膜結晶度有所降低,但是其鐵電性,漏電流和抗疲勞特性都隨著DEP含量的增加增大。鐵電性并不是隨著DEP含量單調(diào)增長,而是在到達一定量后,鐵電性又隨 DEP含量的進一步增加而減小甚至消失。實驗結果表明當摻雜濃度為15％時,P(VDF-TrFE)薄膜表現(xiàn)出最優(yōu)的鐵電和電性能。
　　第5章研究了制備 Nd3+摻雜 Bi4Ti3O12(Bi3.5Nd0.5Ti3O12,記為 BNT)薄膜和P(VDF-TrFE)/B

6、NT雙層復合薄膜,并研究了其微觀結構、鐵電性能及電學性能。結果表明復合薄膜有利于改善 BNT薄膜的微觀結構,減小漏電流,提高抗疲勞性能。雙層復合薄膜的極化強度和介電常數(shù)會隨著P(VDF-TrFE)厚度增加而減小。由于P(VDF-TrFE)薄膜的鐵電性比 BNT薄膜弱很多,當 P(VDF-TrFE)薄膜厚度增加時,會使P(VDF-TrFE)/BNT雙層復合鐵電薄膜內(nèi)的電偶極子數(shù)量少于相同區(qū)域內(nèi)的BNT薄膜的電偶極子數(shù)量,導致鐵電性減弱。隨