分子基鐵電薄膜及其器件研究.pdf

1、1920年Valasek發(fā)現(xiàn)了羅息鹽（酒石酸鉀鈉，NaKC4H4O64H2O）中的鐵電效應(yīng)，這一發(fā)現(xiàn)揭開(kāi)了研究鐵電材料的序幕，也標(biāo)志著人們對(duì)鐵電材料研究的開(kāi)始。1935年Busch發(fā)現(xiàn)了磷酸二氫鉀KH2PO4(KDP)，其相對(duì)介電常數(shù)高達(dá)30，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)時(shí)的其它材料。1940年之后，以鈦酸鋇BaTiO3為代表的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電材料陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著鐵電材料發(fā)展進(jìn)入了新的時(shí)期。鐵電材料不但在光伏效應(yīng)、存儲(chǔ)儀器、電光調(diào)制、壓電、光聲調(diào)制

2、等應(yīng)用中展現(xiàn)出了非凡的前景，其鐵電性能和應(yīng)用極限也不斷被刷新。而近幾十年來(lái)，傳統(tǒng)的陶瓷鐵電體如鋯鈦酸鉛Pb(ZrT1)O3(PZT)、鈦酸鉍鈉Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)、鈦酸鉍Bi4Ti3O12(BTO)所存在的能隙過(guò)大、導(dǎo)電性不佳、成膜成本過(guò)高等瓶頸也逐漸被人們所重視，而這時(shí)分子基鐵電材料的崛起則無(wú)疑帶給了人們新的希望，在這眾多的分子基鐵電體中，人們不但對(duì)鐵電物理機(jī)制進(jìn)行了細(xì)致深入的研究，同時(shí)也對(duì)分子基鐵電材料的未來(lái)應(yīng)用前

3、景進(jìn)行了更加廣闊的探索。相較于傳統(tǒng)金屬氧化物鐵電體，分子基鐵電材料具有鏈狀、主客體包合或離子型等多種新穎的結(jié)構(gòu)，同時(shí)其鐵電性和半導(dǎo)體特性相對(duì)獨(dú)立，所以更加容易根據(jù)不同應(yīng)用需求對(duì)能隙、導(dǎo)電性、介電常數(shù)等進(jìn)行大范圍調(diào)控;在制備手段上，傳統(tǒng)金屬氧化物多運(yùn)用高溫?zé)Y(jié)、濺射、脈沖激光沉積等物理方法，而分子基鐵電體主要采用溶液法或水熱法等化學(xué)方法，具有成本低、周期短并且容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，這種分子基鐵電體憑借著其優(yōu)異的成膜性和相對(duì)

4、低廉的制作成本可以廣泛的應(yīng)用于薄膜器件的制備中。
　　2004年石墨烯的發(fā)現(xiàn)打開(kāi)了二維材料的大門(mén)，二維材料以其獨(dú)特的性質(zhì)得到廣泛關(guān)注，相關(guān)制備和應(yīng)用的研究近年來(lái)也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。如今已發(fā)現(xiàn)的二維材料主要有以下幾類(lèi):1、以石墨烯和h-BN為代表的六元環(huán)蜂窩狀的二維單原子層晶體。2、以過(guò)渡金屬硫化合物(MoS2、WS2)為代表的三原子層晶體，其中金屬原子層被夾在相鄰的硫原子層之間。3、金屬氧化物(MnO2、WoO3)以及雙金屬氫氧物(M

5、g6Al2(OH)16)。同時(shí)一些其他二維層狀材料也被相繼報(bào)道，例如黑磷(Phosphorene)、過(guò)渡金屬碳/氮化合物(MXenes)等。這些二維材料的優(yōu)異性能使其在能源儲(chǔ)存、光電、催化等方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛能。
　　與此同時(shí)，在二維材料飛速發(fā)展的今天，鐵電材料和二維材料的雜化聯(lián)用已是大勢(shì)所趨。將鐵電材料與二維材料相結(jié)合，在邏輯電子器件、光電器件等不同應(yīng)用中具有極高的價(jià)值和潛力。
　　本文以研究分子鐵電體和二維材料的雜化