超薄弛豫铁电聚合物薄膜在红外探测中的应用研究

利用Langmuir-Blodgett技术生长高度晶化、排列有序的三元弛豫铁电聚合物[P(VDF-TrFE-CFE）]超薄薄膜,并制备成超薄电容器结构。研究弛豫铁电聚合物中类极化纳米微畴结构在温度、电场下的演变规律，探索弛豫起源机制。研究超薄电容器结构热释电、介电特性与薄膜厚度、分子排列的关系以及表面或界面效应的作用机制，优化结构参数，制备出优异热释电特性的超薄薄膜电容器结构。研制基于超薄薄膜的红外探测器件，建立、完善器件工艺，获得响应快速的探测器。

实现了三元弛豫铁电聚合物P(VDF,TrFE,CFE)薄膜在Al、LaNiO3电极上的单分子层转移，并生长了高质量的薄膜材料；制备了二元P(VDF-TrFE)/P(VDF-TrFE-CFE)交替多层膜结构，发现多层膜结构在300 到350 K温度之间存在一个介电常数平台，介电常数在20左右，是普通二元P(VDF-TrFE)材料的两倍，该多层膜结构铁电和热释电性能与P(VDF-TrFE)材料相差不多。相关机理尚不清楚。该结果说明可以通过多层膜结构实现对铁电聚合物材料介电性能的调控，对于制备探测器具有重要的意义，特别是对于匹配读出电路的设计与制备。研究了三元弛豫铁电聚合物超薄膜的相变、介电和铁电特性，发现厚度小于5 nm的弛豫铁电聚合物薄膜表现出本征铁电特性，其介电频谱也表现出本征铁电聚合物的特征，铁电性的起源可能由电极镜面电荷诱导的电场所致，这种电场可以把短程有序的类极化纳米畴结构转变为长程有序的铁电畴结构。研究了交流电场对铁电聚合物P(VDF-TrFE)薄膜疲劳特性的作用，发现翻转到一定次数时剩余极化出现最大值，并且这个最大值与交流电场的频率有关。我们认为最大值的出现说明铁电聚合物P(VDF-TrFE)薄膜疲劳在疲劳过程中存在两种效应：极化增强和衰减共存，提出了考虑两种机制共存的模型描述疲劳过程，得到了很好的拟合效果。在镍酸镧（LNO）/Si衬底上制备了超薄铁电聚合物P(VDF-TrFE)薄膜，利用压电力显微镜（PFM）研究了薄膜的局域极化翻转特性，发现厚度为约3 nm的薄膜具有明显的极化翻转特性。制备了基于结构为Si/SiO2/LaNiO3/ P(VDF-TrFE)/Al，研究了Si/SiO2/LaNiO3/ P(VDF-TrFE)局域极化反转[利用压电力显微镜技术（PFM）]、电流电压特性及Si/SiO2/LaNiO3/P(VDF-TrFE)/Al固态电容器结构的电流-电压特性以及其厚度、温度依赖关系。PFM测试结果Si/SiO2/LaNiO3/P(VDF-TrFE)具有明显的局域极化反转特征，并发现局域电流电压特性具有明显的高阻-低阻回线，其开关比可达104 %。电容器结构表现出明显的高阻-低阻两个状态，室温下开关比达到104 %，低温（100 K）可达105 %，采用脉冲进行读写得到明显的开关特性。此外，表征了固态结构电流电压特性与铁电聚合物层厚度、电容器面