P(VDF-TrFE)铁电薄膜的性能研究及铁电隧道结的研制
文献类型：学位论文
| 作者 | 袁声召 |
| 答辩日期 | 2011-06-03 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 褚君浩 |
| 关键词 | p(Vdf-trfe)薄膜 铁电疲劳特性 磁性纳米粒子掺杂 铁电隧道结 Ter效应 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 铁电薄膜由于独特的性质，如铁电性、压电性、热电性等而倍受关注。最近人们制备出了超小尺寸的具铁电性的纳米铁电薄膜、纳米铁电颗粒等结构，从而打破了尺寸效应对铁电性极限尺寸的预言，也使人们憧憬利用该突破来制备新器件。偏聚二氟乙烯PVDF及其共聚物是一种性能稳定的有机铁电材料，而且用Langmuir-Blodgett (LB)沉积技术能很方便地将其制备成纳米薄膜，这种纳米薄膜被认为具二维铁电性。本文首先对PVDF的共聚物P(VDF-TrFE)薄膜的基本性质进行了研究，然后用LB技术制备了超薄的P(VDF-TrFE)薄膜，并制备了两种结构的铁电隧道结，得到了以下主要结果：1. 制备了P(VDF-TrFE)薄膜，研究了其疲劳特性应为电荷注入引起的，并定量描述了其疲劳特性中存在的一个反常的剩余极化增大的过程。运用旋涂法制备了厚约280 nm的P(VDF-TrFE)薄膜，其铁电性良好，其疲劳特性存在反常的剩余极化增大过程。在该反常的剩余极化增大过程后，薄膜的剩余极化随交流电场的周期数量增大而急剧减小。在排除掉畴钉扎、死层生长等原因后，最终认定薄膜的疲劳是由电荷注入引起的。在Lou等人提出的定量机制的基础上，解释了P(VDF-TrFE)薄膜的剩余极化的Kohlrausch-Williams-Watt (KWW)指数衰减是畴核分解几率分布引起的。然后对P(VDF-TrFE)薄膜的反常剩余极化增大现象做了定量描述，并结合前述KWW衰减，很好地拟合了P(VDF-TrFE)薄膜的疲劳特性。2. 将Co纳米粒子掺入P(VDF-TrFE)薄膜并发现掺杂后薄膜的玻璃相变温度降低了，其原因应为无机纳米粒子与聚合物分子中间存在空隙，也因此薄膜不存在磁电耦合效应。利用超声振荡将纳米Co颗粒掺入P(VDF-TrFE)前驱体溶液来制备渗流混合物薄膜，但发现掺杂后薄膜的介电性质不符合渗流理论，其介电实部有少量增加，而损耗反而减小。结合XRD测试发现，掺入的Co纳米粒子大部分被氧化。而薄膜的介电损耗减小是因为玻璃相变温度降低，根据自由体积理论，我们认为是因为无机纳米粒子与聚合物分子中间存在空隙，薄膜中自由体积增多。而薄膜不存在磁电耦合效应也是两者之间的空隙使铁电相与铁磁相之间不存在应力耦合。3. 分析了P(VDF-TrFE)薄膜在非相变温度区域内的介电性质，发现该温度区域内薄膜符合德拜介电驰豫模型，且计算出来的不同温度下的平均驰豫时间随温度的倒数指数变化，符合双势阱模型，并拟合出了激活能。4. 制备了铁电隧道结，测试了其I-V特性，发现具有TER效应，结果如下：以超薄P(VDF-TrFE)薄膜为基础制备了具不对称电极结构的LNO/ P(VDF-TrFE)/Al隧道结和具对称电极结构的Al/ P(VDF-TrFE)/Al隧道结。LNO/ P(VDF-TrFE)/Al隧道结具有很大的TER (Tunneling electroresistance effects)效应。而Al/ P(VDF-TrFE)/Al隧道结具备微弱的TER效应，该TER效应含静电势影响及应变影响两种贡献。 |
| 学科主题 | 红外基础研究 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5322]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 袁声召. P(VDF-TrFE)铁电薄膜的性能研究及铁电隧道结的研制[D]. 中国科学院研究生院. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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