摘要
铁电及反铁电材料由于兼备介电、压电、热释电以及铁电电学性能从而可以“一材多用”，被宽泛地应用于电力电子领域，如微执行器、随机存取存储器、储能电容器以及制冷器等器件。另一方面，随着物联网的出现，对电子设备微型化、超薄化和3D可弯曲性的需求越来越大，柔性制造因运而生。制备兼具优异机械弯曲性能和优良电学性能的电子器件是当前柔性制造的发展前景也是挑战。本论文是关于铁电/反铁电柔性薄膜的制备、电学性能测试以及可靠性验证的研究。 本文采用溶胶-凝胶法在蓝宝石衬底制备了Pb0.97La0.02Zr0.95Ti0.05O3（PLZT）反铁电薄膜，并采用可控剥离技术对PLZT薄膜进行柔性化处理。在不同拉伸或压缩弯曲半径下，薄膜的极化率约为86.3μC/cm2，显示出优异的力学稳定性。值得一提的是，在500kV/cm时，薄膜的可恢复储能密度（Wre）比原始衬底提高了21%，这是由应力变化引起的。同时，在-70℃-200℃的宽温度范围内测量了柔性薄膜的电滞回线，计算得到储能密度在9.2J/cm3-17.1J/cm3之间波动，这与相变的自由能垒有关。计算得到了在500kV/cm电场下，薄膜在-70℃时获得-9.5K绝热温度变化。进一步，利用脉冲激光沉积法在钛酸锶（SrTiO3，STO）基底上制备了铁酸铋（BeFeO3，BFO）薄膜，利用压电力显微镜（PFM）表征了薄膜的微观畴结构，并施加一定电场激励进行精确畴调控，采用相同柔性化处理方法得到柔性薄膜，经测试得出柔性BFO薄膜畴结构能够保留。 研究发现采用可控剥离技术制备的柔性铁电/反铁电薄膜其结构及电学性能并未造成损伤。采用干法刻蚀可有效避免功能材料的损坏。柔性薄膜可在半径3.5mm-5mm之间进行拉伸和压缩弯曲。另外研究发现，由于衬底的应力调节可有有效提升薄膜的极化值从而可提升材料电学性能。制备得到的PLZT薄膜在-70-200℃温度范围内具有一定的可靠性。制备得到的BFO薄膜仍能保持原有微畴结构。以上研究对柔性薄膜材料制备以及在柔性电子器件中的应用具有重要意义。
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