与传统硅基电子相比, 柔性电子因其独特的便携性、折叠卷曲性和生物相容性被广泛研究。柔性存储器作为柔性电子重要分支, 在可穿戴设备、智慧医疗、电子皮肤等领域展现出良好的应用前景。同时随着5G、人工智能、物联网等新一代信息技术深入应用, 市场对高密度、非易失、超低功耗柔性存储器的需求持续释放, 催生了柔性铁电存储器件的研究热潮。本文综述了近年来柔性无机铁电薄膜的制备及其在存储器领域应用进展。首先介绍了柔性铁电薄膜制造技术的发展情况, 包括柔性基板上的范德瓦耳斯异质外延、刚性基板上的化学蚀刻分层、新型二维(2D)铁电材料生长等, 然后介绍了基于无机铁电薄膜的柔性存储器的研究进展, 最后对柔性铁电存储器的未来发展进行了展望。
柔性 无机材料 铁电薄膜 范德瓦耳斯异质外延 化学蚀刻 二维铁电材料 存储器 flexible inorganic material ferroelectric thin film van der Waals heteroepitaxy chemical etching 2D ferroelectric material memory
1 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
2 苏州大学东吴学院，江苏 苏州 215006
利用铁电薄膜的极化效应和金属微纳结构的表面等离激元非辐射衰减诱导的热电子，提高传统铁电薄膜材料的光电转换效率，在光伏、光催化和光电探测等领域中有广阔的应用前景。采用溶胶-凝胶法制备了大面积均匀的BiFeO3薄膜，并采用电子束热蒸发技术分别在其上下表面沉积Au纳米颗粒，形成了Au/BiFeO3复合薄膜结构。研究结果表明，相较纯BiFeO3薄膜，负载了Au纳米颗粒的复合薄膜在可见光区的吸收明显增强，进而其光电流密度也有所增加。此外，利用铁电薄膜的极化效应对其界面势垒进行调控，从而控制Au纳米颗粒中热电子和BiFeO3薄膜中光生载流子的转移，在两者的协同作用下，实现了对复合薄膜光电流极性的操控。
薄膜 铁电薄膜 表面等离激元 极化效应 热电子 光电流 光学学报
2022, 42(23): 2331001
铁电薄膜由于其优异物理性能，而被广泛应用于微电子、光电子、微机电领域。在铁电薄膜理论研究方面，热力学理论可以有效地预测铁电薄膜的相结构、极化特性和机电性能等，且已在(001)取向铁电薄膜的研究中取得了较好的应用，而对于(111)取向铁电薄膜的研究报道非常少。因此，本文通过对序参量坐标转换的方法，构建了(111)取向薄膜的热力学势能函数及其机电性能计算方法。基于此，研究了(111)取向0.7PMN-0.3PT铁电薄膜的相结构及其机电性能。研究结果表明，(111)取向0.7PMN-0.3PT铁电薄膜的相结构主要存在沿晶轴方向三个极化可互换的对称相：顺电相PE、菱方相R和单斜相MA(或MB)。在应变和外电场的调控下，(111)取向0.7PMN-0.3PT薄膜展现出优良的机电性能，在R和MA相变点处，介电常数ε11、ε22、ε33和面外压电系数d33取得了极大值。在外电场E3分别为0、50 kV/cm、100 kV/cm和200 kV/cm时，面外介电常数ε33的峰值分别为4 382、2 646、2 102和1 600，面外压电系数d33的峰值分别为303.8 pm/V、241.9 pm/V、219.7 pm/V和195.1 pm/V。应变和外电场能够较好地调控薄膜的机电耦合性能，可为优异机电耦合性能的器件制备提供参考。
铌镁钛酸铅 铁电薄膜 (111)取向 相结构 热力学理论 压电系数 介电常数 lead magnesium niobium titanate ferroelectric thin film (111)-orientation phase structure thermodynamic theory piezoelectric coefficient dielectric constant
1 广西大学 机械工程学院, 广西 南宁 530004
2 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
3 广西制造系统与先进制造技术重点实验室, 广西 南宁 530004
随着微机电系统(MEMS)产业的快速发展, 铁电薄膜材料作为微机电器件的重要组成部分而愈受重视。锆钛酸铅(PZT)薄膜具有优越的压电性、热释电性及光电性等性能, 在微电子、压电、光学及半导体等领域展现了巨大的应用潜力。因此, 高性能PZT薄膜的制备技术及制备工艺一直备受关注。其中, 溶胶-凝胶法因具有易于控制成分, 所需设备成本低及制备薄膜的均匀性好等优点而被广泛用于PZT薄膜制作中。该文在溶胶-凝胶法基本原理及制作工艺的基础上, 着重分析了溶胶-凝胶法制备PZT薄膜的研究现状, 总结了当前溶胶-凝胶法的技术特点, 并指出了研究中存在的不足及未来的潜在改进方向。
微机电系统 铁电薄膜 铁电性能 PZT薄膜 溶胶-凝胶法 MEMS ferroelectric thin film ferroelectric property PZT thin film Sol-Gel method
湘潭大学 材料与光电物理学院, 湖南 湘潭 411105
采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备了以n型Si为栅极、二氧化锡(SnO2)薄膜为沟道层、(Bi,Nd)4Ti3O12(BNT)薄膜为绝缘层的薄膜晶体管。晶体管呈现出n沟道增强型性能, 其开态电流Ion=25μA, 场效应迁移率μsat=0.3cm2·V-1·s-1。BNT铁电薄膜的自发极化以及载流子与极化的耦合作用是晶体管具有较大开态电流和较高场效应迁移率的主要原因。
溶胶-凝胶 薄膜晶体管 BNT铁电薄膜 二氧化锡 高场效应迁移率 sol-gel thin film transistor BNT ferroelectric thin film SnO2 high field-effect mobility
1 华东船舶工业学院基础学科系,镇江,212003
2 华东船舶工业学院电子信息系,镇江,212003
应用铁电系统关联函数理论,讨论了有限大小铁电薄膜材料极化反转过程中的反转体积比和反转电流,并将结论用于KNO3铁电薄膜反转电流实验数据的拟合.拟合结果表明,考虑薄膜尺寸及厚度影响的结果优于将铁电体视为无限大的KA理论的结果.
KNO3铁电薄膜 反转电流 KA模型 拟合 KNO3 ferroelectric thin film switching current KA model fit
中国科学院上海冶金所信息功能材料国家重点实验室, 上海 200050
采用脉冲激光沉积的方法,在Pt/SiO2/Si衬底上制备了掺Ca的(Pb,La)TiO3薄膜。薄膜呈多晶结构,具有较好的铁电性和热释电性。由于掺Ca的作用,使薄膜的材料探测优值和电压响应优值几乎与单晶MgO衬底上的c轴取向的PbTiO3或(Ph,La)TiO3薄膜相比拟。这些较好的实验结果是在硅基衬底上的铁电薄膜中获得的,因而对研制单片集成的红外热释电阵列将有一定的意义。
脉冲激光沉积（PLD） 铁电薄膜 热释电
1 中国科学院上海冶金研究所信息功能材料国家重点实验室, 上海 200050
2 南京大学固体微结构国家重点实验室, 南京 210008
采用脉冲准分子激光沉积法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功地制备了SBT铁电薄膜,发现存在一个最佳沉积衬底温度约为450 ℃。在该温度下沉积的SBT薄膜具有较饱和的方形电滞回线,其剩余极化Pr和矫顽电场Ec分别为8.4 μC/cm2和57 kV/cm。
脉冲激光沉积 铁电薄膜
1 华中理工大学固体电子学系, 武汉 430074
2 华中理工大学激光技术国家实验室, 武汉 430074
利用脉冲准分子激光(工作气体XeCl,波长308 nm,脉宽28 ns)在外延YBCOLaAlO3(100)单晶基片上淀积了Pb(Zr0.55Ti0.45)O3铁电薄膜,YBCO薄膜既为生长高取向PZT薄膜提供了晶体匹配条件,同时也为PZT铁电薄膜提供了下电极。讨论了工艺参数对晶相结构和表面形貌的影响。用X射线衍射表征了该多层膜的晶相结构,扫描电镜观察其表面形貌。PZT铁电薄膜的剩余极化为21 μC/cm,矫顽场为65 kV/cm。
激光原位淀积 铁电薄膜
中国科学院上海冶金所信息功能材料国家重点实验室, 上海 200050
本实验采用脉冲准分子激光沉积(PLD)法,在193 nm波长,5 Hz频率,4 J/cm2能量密度条件下,分别在Si(100)和SiO2/Si衬底上成功地沉积Pb(Zr,Ti)O3(PZT)薄膜,并在不同的条件下对PZT薄膜进行退火处理。用XRD,RBS,ASR等方法分别测量了薄膜的结构、组份和厚度。
脉冲激光沉积(PLD) 铁电薄膜
