分子鐵電材料調控場效應管特性研究

《分子鐵電材料調控場效應管特性研究》是依託南京大學，由蔡宏靈擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：分子鐵電材料調控場效應管特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：蔡宏靈
• 依託單位：南京大學

項目摘要

分子基鐵電體是一類由無機酸和有機鹼組成的鹽，因其結構易剪裁與易修飾性、有機分子構築塊在三維空間分子自組裝的可控性、環保無污染等優點而受到越來越多的關注。但其鐵電性的產生機理尚未十分明了，開展有機鐵電體的理論和套用研究都具有非常重要的理論和實踐意義。目前有機鐵電場效應管都是以鐵電聚合物PVDF為柵極,但是PVDF存在矯頑場大、表面粗糙度大等缺點，嚴重影響場效應管的性能。而其它的有機鐵電材料在這方面的套用還非常缺乏。本項目擬以我們發現的分子基鐵電體二異丙胺溴和對氨基苯乙腈高氯酸鹽為主要研究對象，用旋塗法生長不同條件的鐵電場效應管，通過不同的條件來調控其性能。運用第一性原理計算鐵電性對場效應管的調控作用，通過薄膜晶格參數、深度分布、熱力學分析、鐵電介電壓電熱釋電分析、拉曼光譜、磁性耦合等手段來研究其鐵電性與輸運性質之間的關係和調控機制。獲得性能優越的有機鐵電場效應器件，為其實際套用打下基礎。

結題摘要

與無機鐵電材料相比，分子鐵電材料具有種類多易設計、合成易無污染、矯頑場小功耗低等優點。項目圍繞如何提高分子鐵電材料的自發極化值、如何提高其鐵電相變溫度，獲得高質量的單晶和薄膜樣品展開，經過四年的研究取得了一系列原創性研究成果：1、發現了兩類高於室溫的分子鐵電體tris(2-hydroxyethyl) ammonium bromide（TAB）和(C6H5NH3)2CdCl4（CNCC）。TAB在424 K晶體結構從R-3m空間群轉變為R3m，它的自發極化的大小為0.54 μC/cm2，矯頑場為0.62 kV/cm,具有介電馳豫特徵。CNCC的空間群在369 K從Cmc21轉變為I222，變溫熱釋電測量發現熱釋電電流在370 K出現峰值。改變不同的極化電壓可以改變熱釋電電流的方向。自發極化值為0.5 μC/cm2。2、證明甲胺鉛溴在四方相和正交相都具有鐵電性。由於較大漏電流的存在，常規方法很難證明其鐵電性。我們通過直流偏置下的介電常數、不同極化電場下的熱釋電係數、雙波電流法測電滯回線等三種方法證明了甲胺鉛溴具有鐵電性。這對研究其電池效率有著重要的理論依據。3、發現具有較高二階倍頻效應的晶體(4-amino-2-bromopyridinium) tetrafluoroborate，它的二階倍頻係數達到10 pm/V，是KDP的10倍以上，因此在雷射倍頻晶體上具有很高的套用價值。4、發現具有較高熱釋電優值晶體(4-amino-2-bromopyridinium) tetrafluoroborate，它的熱釋電優值係數M1和M2是目前為止分子鐵電材料中最大的，因此它在熱釋電探測成像方面有較大的套用價值。 5、最佳化了DIPAB薄膜的製備，獲得具有較好鐵電性的薄膜，存在頭對頭或者尾對尾的導電疇壁。項目總共發表了SCI研究論文13篇，其中3篇1區論文The Journal of Physical Chemistry Letters。項目四年執行過程中，培養1名博士，8名碩士。目前在讀5名博士生，1名碩士生。整個項目圓滿完成研究目標。