有機鐵電薄膜(mó)的製(zhì)備(bèi)方(fāng)法(fǎ)包(bāo)括(kuò)溶(róng)膠－凝(níng)膠法，旋塗法(fǎ)(Spin-Coating)，分子束外(wài)延技術(shù)及Langmuir-Blod-get膜(mó)技術等。與傳統的(dí)無機材料相比，有機(jī)聚合(hé)物材料具(jù)有易彎(wān)曲，柔韌(rèn)性(xìng)好，易加工(gōng)，成(chéng)本低等優點而備受關注。作為一(yī)種的鐵(tiě)電(diàn)體，鐵(tiě)電高分子聚合(hé)物的研究主要以聚偏(piān)氟乙(yǐ)烯(xī)(PolyVinylideneFluoride，PVDF)及其共聚物(wù)為代(dài)表(biǎo)。此外，具(jù)有鐵電性(xìng)的聚(jù)合物(wù)材(cái)料還有聚三氟(fú)乙(yǐ)烯(xī)，聚氨(ān)酯和奇數尼龍(lóng)等。有機(jī)鐵電材(cái)料具有良(liáng)好(hǎo)的壓(yā)電和(hé)電致伸縮效應(yīng)，熱電效應(yīng)，光電(diàn)效應，光學(xué)非(fēi)綫性效應(yīng)和介(jiè)電響應，廣泛應(yīng)用於傳感器，探(tàn)測器(qì)，換能器(qì)，非易(yì)失性存(cún)儲(chǔ)器等(děng)電(diàn)子(zǐ)器件中。這裏主要介紹(shào)以(yǐ)聚偏氟(fú)乙(yǐ)烯及其共聚物(wù)為代(dài)表的鐵(tiě)電高分(fēn)子(zǐ)聚(jù)合(hé)物材料(liào)在(zài)存儲器(qì)中的應用(yòng)。

正(zhèng)如(rú)前麵(miàn)提(tí)到的，聚偏氟(fú)乙烯及(jí)其共聚(jù)物(wù)是(shì)目前研究廣(guǎng)泛的(dí)鐵電(diàn)聚(jù)合物。20世紀60年(nián)代(dài)末，Kawai發現(xiàn)聚(jù)合物PVDF具(jù)有鐵電性。隨後(hòu)，人們對PVDF的(dí)微觀結(jié)構(gòu)和(hé)功(gōng)能機理進行了研(yán)究，深入了(liǎo)解(jiě)了這一鐵電(diàn)聚(jù)合物。PVDF有幾種(zhǒng)不(bù)同(tóng)的構型(xíng)，包括全(quán)反(fǎn)式TTTT，順反(fǎn)交替(tì)式(shì)TG+，TG－，TTTG+和(hé)TTTG－構(gòu)型(xíng)。這(zhè)些(xiē)不同構型(xíng)的分子(zǐ)鏈(liàn)按(àn)照不(bù)同的排(pái)列方(fāng)式(shì)造(zào)成了(liǎo)PVDF不同的晶形，其中α，β，γ和(hé)σ相(xiāng)是4種常見的(dí)晶(jīng)形(xíng)。β相的分子(zǐ)鏈(liàn)是全反(fǎn)式(shì)構(gòu)型，偶極子(zǐ)按相同(tóng)方向排列，具有(yǒu)較(jiào)大(dà)的(dí)自發極(jí)化強(qiáng)度(dù)。α相中的分子鏈(liàn)呈(chéng)無(wú)極(jí)性(xìng)的(dí)排(pái)列，偶極矩由(yóu)於(yú)相(xiāng)互(hù)抵消(xiāo)整(zhěng)體不(bù)顯極(jí)性。γ和(hé)σ相(xiāng)具(jù)有較弱的(dí)極性。而偏(piān)氟乙(yǐ)烯(xī)(VinylideneFlu-oride)和(hé)三氟(fú)乙(yǐ)烯(xī)(Trifluoro-Ethylene)的(dí)二元共(gòng)聚(jù)物(P(VDF-TrFE))具有比(bǐ)PVDF好(hǎo)的鐵(tiě)電(diàn)。這(zhè)是(shì)因為用氟取代氫後，氟原子(zǐ)的直徑略大於氫(qīng)原(yuán)子(zǐ)的(dí)直徑(jìng)，在空(kōng)間位(wèi)阻(zǔ)的作用(yòng)下(xià)，全(quán)反(fǎn)式(shì)的(dí)TTTT結構容(róng)易形成。圖3中(zhōng)展(zhǎn)示了(liǎo)不(bù)同物質的量(liáng)比的VDF/TrFE共聚物的D-E回綫和介電(diàn)常數隨溫(wēn)度的(dí)變(biàn)化(huà)。VDF物(wù)質(zhì)的量分(fēn)數為75%的共(gòng)聚物展(zhǎn)現了較(jiào)好(hǎo)的(dí)電滯(zhì)回(huí)綫(xiàn)，剩(shèng)餘極化(huà)強度和矯(jiǎo)頑場(cháng)分別為100mC/m²和50MV/m。鐵(tiě)電(diàn)存(cún)儲(chǔ)器利(lì)用鐵(tiě)電材料產(chǎn)生的不(bù)同方(fāng)向的(dí)剩餘(yú)極(jí)化(huà)來(lái)存(cún)儲信(xìn)息，基於有機(jī)鐵電(diàn)聚(jù)合物薄(báo)膜(mó)的電容結(jié)構(gòu)的(dí)鐵電(diàn)存儲器(qì)在(zài)1995年被提(tí)出(chū)。用(yòng)P(VDF-TrFE)鐵電(diàn)聚(jù)合(hé)物(wù)薄膜製備的(dí)鐵(tiě)電(diàn)存儲(chǔ)器展現了(liǎo)較好的(dí)性(xìng)質(zhì)，但其(qí)自(zì)身存(cún)在著破(pò)壞(huài)性讀(dú)取的缺點(diǎn)。

針對(duì)鐵電存儲(chǔ)器(qì)破壞性(xìng)讀取的缺點(diǎn)，研(yán)究人員曾經(jīng)探索(suǒ)過一種(zhǒng)非破壞性讀取的器件(jiàn)結(jié)構(gòu)。嘗(cháng)試用鐵(tiě)電(diàn)體薄(báo)膜替(tì)代 MOS 晶體管(guǎn)中的(dí)柵介質層，這樣可(kě)以通過柵極(jí)電壓改(gǎi)變(biàn)鐵電(diàn)體(tǐ)薄膜(mó)的極化狀(zhuàng)態實現(xiàn)對源(yuán)漏(lòu)電(diàn)流(liú)的調(tiáo)製(zhì)。根據源漏電流的相(xiāng)對大小即可讀出存(cún)儲(chǔ)信(xìn)息，不會影響鐵(tiě)電體(tǐ)薄膜(mó)的(dí)極化狀態(tài)，因此(cǐ)讀(dú)取是非破壞(huài)性(xìng)的(dí)。Yamauchi 在(zài) 20 世紀 80 年代中期(qī)提(tí)出了(liǎo)把鐵(tiě)電聚合物(wù)薄(báo)膜(mó)作為柵介質層(céng)應(yīng)用(yòng)在(zài)場(cháng)效應管中實現非(fēi)易(yì)失性(xìng)存儲的(dí)想(xiǎng)法(fǎ)。由於(yú)鐵(tiě)電聚(jù)合物薄膜(mó)可(kě)以在(zài)室(shì)溫(wēn)下(xià)製(zhì)備，避免(miǎn)各(gè)層物(wù)質間(jiān)的相互(hù)擴散(sàn)，因此(cǐ)有機(jī)鐵電薄(báo)膜(mó)在鐵電場效(xiào)應(yīng)管中展現(xiàn)了(liǎo)一(yī)定優勢(shì)，有(yǒu)效避免了無機(jī)鐵(tiě)電薄(báo)膜製(zhì)備過(guò)程(chéng)中(zhōng)為防止(zhǐ)互(hù)擴(kuò)散而(ér)使(shǐ)用(yòng)的緩衝層(céng)。2004 年， Schroeder 等人報道了(liǎo)利用共聚酰胺 Poly ( m-xylylene Adipamide)鐵電(diàn)聚合(hé)物(wù)薄(báo)膜製(zhì)備的鐵(tiě)電場(cháng)效應(yīng)管(guǎn)，該器件全部(bù)由有機材料構成。其(qí)轉(zhuǎn)移(yí)特性(xìng)曲綫(xiàn)表現出了(liǎo)明顯的滯(zhì)後現(xiàn)象(xiàng): 在 － 2. 5 V 柵電(diàn)壓(yā)下(xià)，器(qì)件(jiàn)高(gāo)，低電阻(zǔ)態電阻(zǔ)值(zhí)比(bǐ)為(wéi)200，保持(chí)時間約3 h。在該器件(jiàn)中，並五苯(běn)半(bàn)導體薄(báo)膜是(shì)在真(zhēn)空(kōng)中蒸鍍的(dí)。2005 年，Naber 等人通過旋塗(tú)法製(zhì)備了(liǎo)聚合(hé)物鐵(tiě)電場(cháng)效(xiào)應存儲器。該(gāi)器(qì)件選(xuǎn)用(yòng)P(VDF-TrFE)(65∶35)作為(wéi)柵介質層，MEH-PPV (Poly［2- Methoxy-5-(2-Ethyl-Hexyloxy)-p-Phenylene-Vinylene］) 作為半導(dǎo)體層(céng)。作(zuò)為對(duì)比，另(lìng)一器(qì)件(jiàn)選擇無鐵(tiě)電性的(dí) PTrFE作(zuò)為柵介質(zhì)層。結果表(biǎo)明，非(fēi)鐵電(diàn)性 PTrFE 薄(báo)膜作為(wéi)柵(zhà)介(jiè)質(zhì)層的器 件 無(wú) 存 儲 效(xiào) 應(yīng)，而(ér)選用(yòng)鐵電(diàn)薄(báo)膜(mó) P( VDF- TrFE)作為柵(zhà)介(jiè)質(zhì)層的器(qì)件(jiàn)展(zhǎn)現(xiàn)了優(yōu)異的(dí)存儲特(tè)性: 0 V柵電壓下(xià)，器件(jiàn)高(gāo)，低電阻(zǔ)態電阻值比超(chāo)過 104 ; 保(bǎo)持(chí)時間超過(guò) 7 d; 穩(wěn)定(dìng)工作 1 000 次以上(shàng); 寫入速度和(hé)擦(cā)除(chú)速(sù)度分別為 0. 3 ms 和 0. 5 ms。

由(yóu)於(yú)用(yòng)鐵電薄膜(mó)的(dí)有(yǒu)機薄膜場效應(yīng)管(guǎn)存儲(chǔ)器展現(xiàn)了較(jiào)好的(dí)存儲(chǔ)特性，具(jù)有(yǒu)簡(jiǎn)單的(dí)器件(jiàn)結構，因(yīn)此(cǐ)它(tā)們(mén)可以直接合(hé)成到現(xiàn)今的(dí)有(yǒu)機(jī)場(cháng)效(xiào)應管電(diàn)路中。下一步需要(yào)改進(jìn)的(dí)是(shì)鐵電(diàn)薄(báo)膜(mó)和(hé)半導(dǎo)體的接觸界麵和(hé)提(tí)高(gāo)保持。