原子力显微镜案例分享 | 自组装铁电聚合物使耐用柔性存储器成为可能

来自中国的科研人员利用自组装P(VDF-TrFE)共聚物制作了一种铁电随机存取存储器(FeRAM)。通过在纳米量级对一台原型设备进行表征进一步验证了这一设备具有很强的热稳定性，且其存储密度高达约60GB/in²。

FeRAM设备的高存储密度与低能耗的优点使其在各种数据存储的应用领域都具有很强的竞争力。而柔性的铁电存储器甚至可以进一步增强其优势。然而无机铁电体通常比较脆，而有机铁电体的热稳定性又受到很大的局限。

来自清华大学的科研人员利用一种有机铁电物质聚偏氟乙烯–三氟乙烯[P(VDF-TrFE)]制备了一种铁电存储器。他们通过低温自组装技术制得了一种有序侧向排列的纳米片晶阵列。

他们在纳米等级对这一器件进行了铁电表征，实验结果表明翻转电畤的最小“单位”可以小至100x100 nm²，从而可以得知其存储密度约为60GB/in²。 除此以外，写好的畴结构即使静置一个月后也没有明显变化。带有这种自组装薄膜的器件即使在较高温度下仍能保持稳定，这一点与普通的带有旋涂薄膜的器件相比具有明显优势。这一行为可以由相邻晶界的钉扎效应的到很好的解释。

这一实验结果表明了一种制造更耐用的柔性铁电存储设备的新方法。同时这一研究也表明了通过自组装技术来制备功能纳米材料的有利前景。

Instrument used

MFP-3D

Techniques used

文中的各项AFM实验均是通过牛津仪器多场耦合原子力显微镜MFP-3D型号实现的。其中纳米形貌表征使用到了接触模式，而铁电行为的表征则利用了压电力显微镜（PFM）技术，所用探针为导电探针。文中的实验结果都是牛津仪器MFP-3D的内置软件来在探针上施加脉冲电压，再对样品的面内及面外响应进行精准的实时测量而得到的，而施加电压的频率及电压值则可由用户自行任意设置。研究人员还通过一个带有加热功能的样品台对样品所处环境进行了精确控制。除此以外，他们还使用了开尔文探针显微镜（KPFM）研究了晶界效应。文中的各项实验都表明了牛津仪器MFP-3D系列原子力显微镜在具有易操作性的基础上也展现了其强大的多功能性。

参考文献: M. Guo, J. Jiang, J. Qiang et al., Flexible robust and high-density FeRAM from array of organic ferroelectric nano-lamellae by self-assembly. Adv. Sci. 6, 1801931 (2019). https://doi.org/10.1002/advs.201801931

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