随着疲劳程度的深入，越来越多的铁电畴被陷阱电荷所钳制 而无法翻转，造成薄膜的剩余极化值进一步的衰减，直至丧 失铁电性。
铁电薄膜在反复开关后电滞回线变窄，剩余极化明显下降， 这就是典型的铁电疲劳特性。
前期研究表明：在P(VDF-TRFE)的疲劳过程中，只有在极化翻转的 瞬态，空间电荷才能被俘获在铁电畴的边界，因而表现出抑 制铁电畴翻转的作用。
电容结构样品示意图
(a)极化翻转电流 (b) P-V回线
AFM形貌表征表面形貌并 没有很明显的区别，都能看到大颗粒的团簇。
P(VDF-TrFE)薄膜退火前后表面形貌图（40μm×40μm） P(VDF-TrFE)薄膜退火前后表面形貌图（5μm×5μm）
扫描前后薄膜形貌发生了明显的变化，退火前 的大团簇内较平滑，而退火后的大团簇则是由 一颗一颗的晶粒组成。说明退火的确能增加铁 电薄膜的结晶度。
紫外辐照对疲劳恢复的影响
极化疲劳恢复特性
按以下三种条件对疲劳后的样品进行实验：
（1）只有紫外辐照作用于样品表面，不施加偏压； （2）只对样品施加两倍于矫顽电压的偏压，无紫外辐照； （3）紫外辐照和外加偏压同时作用于样品。
（a） （b） （c） （d）
初始Pr值
0.0338 0.0302 0.0400 0.0384
有机铁电薄膜电疲劳恢复特性研究
报告人： XXX 指导教师： XXX 教授 报告日期： 2019.6.1
主要内容
研究背景 铁电性概述 有机铁电薄膜的极化疲劳失效问题 有机铁电薄膜的极化疲劳恢复特性
实验样品制备 AFM形貌表征 紫外辐照对疲劳速率的影响 紫外辐照对疲劳恢复的影响 小结与讨论
极化疲劳恢复特性
紫外辐照对疲劳恢复的影响—偏压大小
Ⅰ |Vbias |<Vc， Vbias从0.0到-17.0V变化，与紫外辐照同时作用； Ⅱ | Vbias |≈Vc ， Vbias =-25.5V，与紫外辐照同时作用； Ⅲ | Vbias |>Vc ， Vbias从-34.0V到-51V变化，与紫外辐照同时作用。
紫外辐照对疲劳速率的影响
在三组不同实验条件下对铁电薄膜进行疲劳测试： （1）不经任何处理直接进行疲劳测试； （2）在紫外辐照下同时对样品进行疲劳测试； （3）紫外光照1h后再对其进行疲劳测试。
极化疲劳恢复特性
铁电薄膜极化疲劳的测量波形
不同实验条件下铁电薄膜的疲劳衰减特性曲线
参照电荷注入模型，在紫外辐照下进行疲劳时，由于紫外辐照的 光子能量大于P(VDF-TrFE)薄膜的带隙能量，因此能激发产生空穴 -电子对，导致薄膜内的载流子浓度增加，这些载流子增加了空间 电荷与电偶极子相互作用的机会，从而导致更多的铁电畴被钳制 而不能翻转，因此就产生了加速疲劳的过程。
极化疲劳失效问题
一种典型的疲劳机理是电荷注入模型
极化疲劳机理示意图：(a)疲劳前 (b)疲劳中 (c)疲劳深入
极化前，铁电畴成无序排列，为活性畴。
外加极化电压后，在反复的极化翻转过程中，陷阱电荷注入 并钳制在铁电畴的边界，阻碍铁电畴的翻转，成为非活性畴。
典型的P-V 电滞回线随极化反转次数的衰减过程
实验样品制备
极化疲劳恢复特性
（1）配置3%和5%质量分数的P(VDF-TrFE)溶液； （2）清洗1cm×1cm的玻璃基底，使用掩模板在玻璃基上真空蒸镀Al电极； （3）在玻璃基底上旋涂配置好的溶液，然后在140度温度下退火8小时； （4）使用对应的掩模板镀Au电极，样品制备完成。
铁电薄膜的电学测量装置使用Sawyer-Tower电路
疲劳后的 Pr值
0.0148 0.0136 0.0143 0.0153
疲劳后/始 恢复后 恢复后/
值
的Pr值 初始值
43.8% 0.0163 48.2%
45.0% 0.0137 45.4%
35.8% 0.0268 67.0%
39.8% 0.0283 73.7%
铁电畴未翻转时，紫外辐照（hv=3.4eV）激发的 空穴-电子对与钳制在铁电畴壁的极性相反的陷 阱电荷复合后湮灭；
陷阱电荷和铁电畴壁相互作用产生的势垒高度 在0.87-1.53eV之间，紫外光同样能有效的激活 陷阱电荷使其逃离陷阱势；
在紫外辐照的过程中，被激活的陷阱电荷逃逸 出势阱后需要一个驱动力才能逃逸出整个铁电 薄膜，否则，如果它们仍然处于薄膜内，那么 它们很可能会重新被附近的势阱俘获。而外加 电压正好就提供了这种驱动力。
极化疲劳严重限制了有机铁电存储器的商业化应用，因 此对于如何抑制或恢复疲劳从而提升器件性能的研究就 很有意义！
研究背景
FeFET
铁电性
铁电性是1921年J.瓦拉塞克首先发现的。 主要特征： (1)在无外加电场下，偶极子具有自发极化； (2)在外加电场的作用下，偶极子可以发生翻转。 如果同时满足这样两种属性，我们就认为该材料具有铁电性。
铁电畴由一种取向状态转向另一种取向状态称为铁电极化翻转。
铁电性概述
在一个小区域内，各晶胞的自发极化方向相 同，这个小区域就称为铁电畴。 无外电场时，宏观极化强度等于零； 外加电场时，宏观极化强度记为P。
外加交变电场
铁电畴在外加电场作用下的翻转过程(无机铁电材料)
铁电畴的电滞回线示意图
极化疲劳
铁电材料剩余极化随着铁电反转次数的增加而逐渐 降低的现象。
消弱陷阱电荷对铁电畴的钳制作用
极化疲劳恢复特性
紫外辐照对疲劳恢复的影响—辐照时间
将样品置于紫外辐照的环境下，辐照同时对样品施加-51V的直流偏压， 紫外辐照和外加偏压作用于样品的总时长为三小时。
在紫外辐照的前期，恢复程度最快，在1500s左右恢复到最大值。 由于紫外光强随着透射入薄膜的深度而减弱，距离被辐照表面越远的铁电畴则越难被激活，延长紫外辐照的时间并不 能让铁电性恢复到初始状态。
低温制备IGZO薄膜
铁电聚合物
铁电聚合物：β相PVDF和共聚物P(VDF-TrFE) 优点：
自发极化强度高 极化稳定性强 极化翻转时间短 柔性、兼容性以及易制备性 应用： 透明或柔性铁电存储器 例：铁电场效应晶体管（FeFET） 铁电随机存储器（FeRAM） 存在的主要问题：极化疲劳现象—器件寿命