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基于环丁烯-1,2-二羧酸分子的二维有机铁电分子晶体单层的设计与理论研究

物理学报 2022年第6期71卷 277-286页

作者：童健马亮东南大学物理学院南京211189

有机分子铁电材料相较于传统无机铁电材料具有轻质、柔性、不含重金属原子和成本低等诸多优点,长期以来得到了广泛的关注和研究.近年来,原子厚度的二维无机铁电材料的研究取得了突破性进展,因而备受关注,然而二维有机铁电材料的设计与... 详细信息

有机分子铁电材料相较于传统无机铁电材料具有轻质、柔性、不含重金属原子和成本低等诸多优点,长期以来得到了广泛的关注和研究.近年来,原子厚度的二维无机铁电材料的研究取得了突破性进展,因而备受关注,然而二维有机铁电材料的设计与研究却鲜有报道.本文基于密度泛函理论方法设计了一种以环丁烯-1,2-二羧酸(cyclobutene-1,2-dicarboxylic acid,CBDC)分子为结构单元的二维单层有机铁电分子晶体.由于CBDC分子晶体内部氢键的链状排布,导致其块体呈现出明显的层状结构,计算发现内部的氢键链使得CBDC分子晶体块体具有各向异性的剥离能,因此有望由沿着剥离能最低的(102)晶面进行机械/化学剥离而获得相应的单层有机铁电分子晶体.理论计算预测CBDC(102)分子晶体单层的面内自发极化约0.39×10^(-6)μC/cm,可与部分无机同类相比拟.计算表明CBDC(102)分子晶体单层具有较高的极化反转势垒,且对外加单轴应力的响应较为敏感.CBDC(102)单层有机铁电分子晶体的高面内自发极化以及易被界面调控的极化反转势垒使其可被应用于轻质无金属及柔性铁电器件.

关键词：二维分子晶体有机铁电面内极化极化反转

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基于有机铁电介质的容变存储器关键技术研究

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作者：丁志成复旦大学

学位级别：硕士

近年来信息技术的飞速发展对电子器件提出了更高的要求,基于无机铁电膜制备的存储器件已经实现商品化。但是无机铁电材料需要在高温下与硅器件集成,造成铁电膜和硅基界面的相互扩散。且无机铁电材料和氧化膜的介电常数差别很大,导致生... 详细信息

近年来信息技术的飞速发展对电子器件提出了更高的要求,基于无机铁电膜制备的存储器件已经实现商品化。但是无机铁电材料需要在高温下与硅器件集成,造成铁电膜和硅基界面的相互扩散。且无机铁电材料和氧化膜的介电常数差别很大,导致生成较高的退极化场。而有机铁电则具有相对较小的介电常数,器件中的氧化物不会在铁电膜内产生大的退极化场。相比而言,有机铁电存储器的制备工艺简单,易于集成,并可实现远高于无机铁电的存储密度。本论文对100纳米厚度尺度的P(VDF-TrFE)共聚物铁电薄膜的制备、测试方法和参数进行了研究,分析了与成膜质量有关的表面形貌、物相特征、电容电压特性以及与可靠性相关的保持时间和疲劳特性,获得了以下结果：1.制备和测试的方法和流程。通过考察薄膜的几何尺度,选择了旋涂法制备,退火后上下电极选用蒸镀的方式。由于选用能提高性能的二氧化硅层介于其中,故选用C-V特性曲线表征电学性能。2.C-V测试参数和制备参数对测试结果的影响。首先考察了测试参数对结果的影响,发现加载的交流小信号的摆幅对结果无显著影响。而扫描时间在0秒到10秒有较明显差异,大于10秒之后差异减小到可以忽略。之后考察了制备参数对结果的影响。发现旋涂转速与开关比成正相关,与体现铁电性强度的窗口宽度这一参数并无显著关系。退火时间与开关比和窗口宽度均成正相关。溶液浓度和开关比呈负相关,与窗口宽度呈正相关3.质量和可靠性分析。质量方面,AFM表面形貌表征显示退火后的薄膜具有很好的结晶度,颗粒饱满、均匀。XRD衍射峰分布图观测到退火温度1400C处具有p相的衍射峰最大值,能产生最大的铁电性。全电压范围C-V测试显示窗口宽度在到达击穿之前,和直流偏置电压呈正相关,超过击穿电压后窗口宽度和直流偏置电压呈负相关。并且发现器件可以在一个较大的电压区间内工作。可靠性方面,保持时间和写入电压的持续时间呈正相关,疲劳速率和疲劳电压的频率呈负相关,和疲劳电压波形亦有关系。

关键词：有机铁电 P(VDF-TrFE) C-V 保持时间疲劳

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