Advanced Electronic Materials:基于PbZr0.52Ti0.48O3薄膜的柔性非易失铁电存储单元

柔性电子器件由于其轻质便携、智能可穿戴等突出特点可用于可卷曲电子显示屏、智能传感器、柔性存储器和植入式生物医疗电子等领域。作为集成电路的核心部件之一,非挥发性存储器在数据存储及处理方面发挥着不可替代的作用。其中,铁电存储器因具有读写速度快、功耗低、数据保持和耐久力好、尺寸小、器件结构简单等优点已成为当前功能材料领域的研究热点。为了满足相关器件在小型化、集成化、轻量化和柔性化等方面的需求,研发高性能、低成本的柔性铁电薄膜材料备受关注。现有的有机聚合物基材料虽然具有一定的伸展性和弯曲性,但其抗疲劳性较差,且不耐高温,限制了其在高温环境下的应用。无机氧化物薄膜通常具有更好的温度稳定性和长期工作可靠性,但如何在不损坏其本身性能的基础上实现良好的柔性弯曲仍然是研发过程中面临的重要问题。

济南大学材料科学与工程学院杨长红等人和澳大利亚伍伦贡大学程振祥针对这一问题进行了实验探索:利用可弯曲、耐高温的二维云母基片制备了高性能的柔性PbZr0.52Ti0.48O3铁电薄膜存储单元。该研究中柔性PbZr0.52Ti0.48O3铁电薄膜是通过化学溶液沉积技术结合旋涂工艺直接高温生长在以Pt为底电极的云母基片上。所制备的薄膜优越的电学性能:剩余极化(Pr)可达30 μC cm−2, 在25-200 °C温度范围内能够正常工作,可承受109次极化翻转,更重要的是,该铁电存储单元在弯曲半径低至2 mm及在小半径重复弯曲103次后仍然可以很好地实现信息存储功能,这为将来在各种非平面环境中使用电子器件记录数据和处理信息奠定了基础。该研究由于是直接在柔性云母基片上生长薄膜,避免了后续的转移等工艺,极大地简化了当前柔性铁电薄膜的技术复杂性,在一定程度上降低了成本;同时制备的具有较好的机械灵活性,能够在一定程度上适应不同的非平面工作环境,满足设备在特殊条件下的形变要求。

研究者相信,此项研究将会为基于薄膜材料的柔性非挥发铁电存储器的研发提供一定的理论基础与技术指导,进而促进柔性电子器件在可穿戴等智能领域的发展。相关论文在线发表在Advanced Electronic Materials (DOI: 10.1002/aelm.201900443)上。