有機(jī)鐵電P(VDF-TrFE)薄膜的制備及鐵電性能研究.pdf

1、鐵電存儲(chǔ)器具有高密度、高讀寫速度、低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn),被學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界公認(rèn)為最有潛力的下一代存儲(chǔ)器之一。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,對(duì)非揮發(fā)存儲(chǔ)器(如鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Ferroelectric Electric Field Effect Transistor, FeFET)存儲(chǔ)器)的需求與日俱增,從而導(dǎo)致了對(duì)新的存儲(chǔ)器材料的研究與探索的熱潮。目前用于制備鐵電存儲(chǔ)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(guò)多次翻轉(zhuǎn)后鐵電性能顯著下降。同時(shí),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(lái)危害。所以,開(kāi)發(fā)一類新的鐵電材料來(lái)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(jī)鐵電薄膜材料結(jié)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(jī)鐵電P(VDF-TrFE)薄膜,并分別對(duì)其鐵電、漏電流、介電性能進(jìn)行了一些研究。
　　在本學(xué)位論文中,在第1章總結(jié)了鐵電材料以及鐵電薄膜的研究進(jìn)展以及存在的問(wèn)題。同時(shí)引出了有機(jī)鐵電材料,介紹了有機(jī)鐵電材料的結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用。在此基礎(chǔ)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(shí)驗(yàn)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(duì)P(VDF-TrFE)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、鐵電性能及電學(xué)性能等性質(zhì)的影響。結(jié)果表明薄膜厚度對(duì)薄膜性能有重要影響。在同一電場(chǎng)下,有機(jī)鐵電薄膜的剩余極化強(qiáng)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(jié)晶度和薄膜厚度有直接的關(guān)系,薄膜厚度越大,越有利于結(jié)晶。當(dāng)薄膜厚度減低至100 nm以下的時(shí)候,結(jié)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(jié)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(zhǎng),而是在到達(dá)一定量后,鐵電性又隨 DEP含量的進(jìn)一步增加而減小甚至消失。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)摻雜濃度為15％時(shí),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(fù)合薄膜,并研究了其微觀結(jié)構(gòu)、鐵電性能及電學(xué)性能。結(jié)果表明復(fù)合薄膜有利于改善 BNT薄膜的微觀結(jié)構(gòu),減小漏電流,提高抗疲勞性能。雙層復(fù)合薄膜的極化強(qiáng)度和介電常數(shù)會(huì)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(dāng) P(VDF-TrFE)薄膜厚度增加時(shí),會(huì)使P(VDF-TrFE)/BNT雙層復(fù)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(dǎo)致鐵電性減弱。隨