新型柔性铁电隧道结的制备及结构、性能表征

Recently, with the rapid development of electronic technology, the lightweight, flexibility and portability of electronic equipment become an irreversible tendency. Flexible electronic technology has gradually become a hot research topic. Currently, most flexible memory devices are based on organic polymer materials and poor stability, short service life and low level of integration are the realistic difficulties. With the context of the application of inorganic functional oxides in the flexible memory devices, this project uses pulse laser deposition system to produce high-quality perovskite ferroelectric thin film, peels and transfers the film to the flexible substrate with wet-chemical technique, produces metal/inorganic ferroelectric thin film/conductive polymer/flexible substrate flexible ferroelectric tunnel junction through micromachining, and explores the possible electroresistance phenomena in this new-type tunnel junction. We plan to integrate microstructural characterization and systematically study the influence of thin-film deposition and peeling techniques on the structure and performance of ultra-thin perovskite film as well as the influence of the conductivity and thickness of conductive polymer layer and the bending of flexible substrate on the on/off ratio and device stability of the flexible ferroelectric tunnel junction. This project will summarize the experimental rules of the performance, stability and device microstructure of the flexible ferroelectric tunnel junction, providing a new train of thought for developing new-type flexible memory devices.

近年来，随着电子技术的快速进步，越来越多的电子设备正在向着轻薄化、柔性化和可穿戴的方向发展，柔性电子技术逐渐成为研究热点。目前，柔性存储器件主要使用有机高分子材料，面临器件稳定性差，使用寿命短，集成度低等困难。本项目以无机功能氧化物薄膜在柔性存储器件中的应用为背景，利用脉冲激光沉积系统制备高质量外延铁电薄膜，利用湿化学法将薄膜剥离转移至柔性基底上，再经过微加工制备金属/无机铁电薄膜/导电高分子/柔性基底结构的柔性铁电隧道结，研究柔性隧道结中的电致阻变现象及其调控。我们计划结合微结构表征系统地研究薄膜沉积及剥离工艺对超薄钙钛矿薄膜结构性能的影响，以及导电高分子层电阻率、厚度，柔性基底的弯折程度等对柔性铁电隧道结电阻开关比及器件稳定性的影响，总结柔性铁电隧道结性能和稳定性与器件微结构的实验规律，为开发新型柔性存储器件提供新的思路。

随着社会的进步和人们生活水平的日益提高，人类对于新材料、新技术、新器件的需求越来越高。本项目主要以无机功能氧化物薄膜在柔性存储器件中的应用为背景，给出了无机功能氧化物与有机高分子材料集成的实例，同时，也探索了其他材料体系如无机功能氧化物与传统半导体硅，大失配锗体系与硅的直接集成的可能性。项目主要进展如下：.利用脉冲激光沉积技术制备了厚度为12个单胞（约4.8 nm）的BaTiO3薄膜。利用湿化学剥离工艺，将BaTiO3薄膜剥离转移至多孔碳膜、Si片及柔性电极PEDOT:PSS上。利用TEM、XRD、PFM、弯曲测试等多种表征测试手段证实了剥离转移后的BaTiO3薄膜依旧保留了良好的结构和铁电性能。构建了Pt/BaTiO3/PEDOT:PSS/PET结构的新型铁电隧道结，利用CAFM测试了隧穿电流，得到了10的开关电流比。利用XPS分析了隧道结的能带结构，结果与电学测试结果一致。该工作为开发新型柔性存储器件提供了新的思路。.通过对Si基Ge薄膜的低温外延和高温真空原位退火，得到了高质量的Ge/Si外延薄膜，从生长机理、界面调控、结构表征和电学表征进行总结，阐释了样品的散射和导电机制。Ge薄膜的位错密度从109 cm-2降低到107 cm-2，并且在800 ℃退火的Ge/Si界面观察到了90°的周期性失配阵列（IMF）。Ge薄膜的空穴迁移率接近1300 cm2/V·s，是目前已知报道Si上外延Ge薄膜相关文献中最高的。该工作为Si基Ge上制造性能更为优异的各种光电器件提供了可能，具有比较大的商业应用潜力。