基于范德华异质外延的柔性铁电元件制备与测量方法

基于范德华异质外延的柔性铁电元件制备与测量方法。引言。柔性PZT薄膜的制备。使用剪刀从云母片上裁剪出一厘米见方的云母基底。

使用双面胶带将一块一厘米见方的云母基底固定在桌面上。用镊子逐层剥离云母，直至达到用千分尺测量所需的厚度。将新解理的云母基底用一层薄银漆粘附到一个五英寸的基底托上，并在加热板上于120°C下固化10分钟，以牢固地将云母固定在基底上。

将PLD基底架放入PLD腔室中。选择重复频率和激光能量。将聚焦透镜移至设定位置。

打开快门，通过触发激光在缓冲层上沉积一层5毫米的CFO薄膜。通过触发激光，在SAFO缓冲层上沉积20至18毫米的SRO作为底电极，用于后续电学性能测试。通过触发激光，在SRO底电极上方沉积一层115毫米的PZT薄膜。

当温度降至室温时，通过导管释放腔室压力，并取下云母基底上的PZT样品。将样品置于一片玻璃上，在样品表面放置一个预先设计好的、直径为200微米的网格。

固定好网格样品，并将网格样品放入溅射腔室。采用CD溅射在薄膜上沉积铂顶电极。溅射完成后取出样品。

使用刀片或20%氢氟酸去除约一毫米乘一毫米的PZT部分，以暴露底部SRO电极并形成多个小型柔性铁电电容器。在暴露的SRO上涂覆一层导电银，以提高底部SRO电极的电导率。

确保导电银胶能够接触到暴露的 SRO。铁电性能表征弯曲测试。在柔性样品的背面粘贴一张与样品尺寸相同的纸片，以便于将样品从一个载台转移到另一个载台。

将PZT omega置于半导体器件分析仪的铁电测试系统测试载具上。将铁电测试系统和半导体器件分析仪的一个测量探针置于铂金顶电极上，另一个测量探针置于银掺杂SRO层上，以在样品未弯曲时获得极化电场滞后回线和电容器电场曲线。使用这两个探针在2 kHz频率和4 W功率下测量P滞后回线。

使用两个探针在 1 兆赫频率下测量 CE 曲线，并施加 4 瓦特功率。移除环境样品。使用双面胶带将柔性 PZT 或云母薄膜固定在禁用模式下。

在测量过程中需注意避免云母发生滑动或移位。将其安装在铁电测试仪系统和半导体器件分析仪的测试板上。将一个探针置于铂金上电极，另一个探针则通过银漆与底部的SRO电极接触，连接方式与之前使用的配置类似。

在不同的拉伸和压缩弯曲半径下测量 P-电滞回线和 CE 曲线。使用两个探针在 2 千赫兹频率下测量 P-电滞回线，并施加 4 瓦特功率。使用两个探针在 1 兆赫兹频率下测量 CE 曲线，并施加 4 瓦特功率。

完成压电（PE）和介电（CE）测量后，取下柔性的PZT样品。铁电性能表征热稳定性。将PZT或云母放置在铁电测试仪系统和半导体器件分析仪的测试载物台上。

将一个测量探针置于铂顶电极上，另一个测量探针置于SrO层上。开启温度控制系统以加热样品。在不同温度下进行PE和CE测量。

测量完成后关闭加热组件。铁电性能表征弯曲耐久性测试。将柔性 PZT 或云母安装到该装置的两个凹槽中。

使用八通道 AVO 模型将样品一端固定，另一端进行弯曲。在八毫米弯曲过程之前，使用直尺测量沿电机移动方向的 PZT 或云母透镜。根据公式计算透镜 C 的位移量，使样品弯曲五毫米，其中面积为 PZT 或云母在弯曲状态下的透镜面积。

R 为弯曲半径，C 为电机的运动透镜。在计算机中设置弯曲循环次数为 1,000。点击开始按钮，启动电机的往复运动。

取下样品和主要的VPE，以检查铁电性能是否得以保留。代表性结果。PZT、SRO、CFO云母薄膜的外延结构已成功沉积，并应按照步骤一中所述采用激光定位技术。

图1显示了总增益，图2显示了基于PZT的实际柔性MVM元件。机械稳定性是柔性器件应用中的一个关键方面。在拉伸和压缩弯曲条件下，评估了该异质结构相对于机械弯曲的显微铁电性能。

图7A和7B展示了PZT电容器在不同压缩和拉伸弯曲半径下的压电应变（PE）和电致伸缩（CE）滞后回线。图7C显示了饱和极化的常数。剩余电极化可能促使纤维束产生响应。

在实验误差范围内以及不同弯曲半径下的电容值。这些结果表明，PZT 薄膜电容器在柔性电子器件应用中能够保持稳定的电学性能和所需的机械约束，这一点也通过拉曼光谱得到了验证。对于一种新型器件，在 1 兆赫频率下测得的异质结构的饱和且对称的电极化-电场滞回曲线，以及在 25 至 175 摄氏度温度范围内弯曲条件下的电容-电场蝶形曲线，分别如图 8A 和 8B 所示。

该铁电电容器处于最佳的恒定饱和极化状态。在电场作用下会出现剩余极化，并且在较宽的温度范围内表现出电容特性，如图8C所示。该异质结构在室温以及100摄氏度下均能保持高保持性和耐久性。

该过程表明，PZT/云母异质结构在高温电子器件中具有潜在应用价值。为验证PZT/云母异质结构在实际应用中的可行性，进行了一系列弯折耐久性测试。图9展示了在拉伸和压缩应变状态下，经过1,000次弯折循环前后测得的铁电滞回曲线。

为了方便起见，不同弯曲程度下的压电回线被垂直排列显示。值得注意的是，该异质结构在五毫米弯曲半径下经历1,000次弯曲循环后，仍保持其铁电性能，且该性能与自然弯曲应变无关。结论。