[发明专利]一种制备高度取向聚偏二氟-三氟乙烯共聚物薄膜的方法

说明书

本发明属于电子材料和器件技术领域，具体为一种制备高度取向聚偏二氟‑三氟乙烯共聚物薄膜的方法。本发明方法是基于可移除聚四氟乙烯有序模板的，即在特定温度范围(149℃‑330℃)内，将PTFE模板紧压在铁电聚合物薄膜上，所施加压强范围介于0.5‑10MPa，压强持续时间至少10分钟；随后待温度降至室温后，将压强撤去，将PTFE模板剥离，即可获得高度有序外延生长的铁电聚合物薄膜。本发明实现了低漏电、高铁电性能铁电薄膜的制备，从而可应用于低功耗、低工作电压要求的铁电电子器件中。

技术领域

本发明属于电子材料和器件技术领域，具体涉及一种制备高度取向聚偏二氟-三氟乙烯（P(VDF-TrFE)）的方法。

背景技术

近年来基于铁电聚合物的铁电存储器件引起越来越多的关注。为了降低器件功耗和工作电压，通常要求铁电膜越薄越好，比如膜厚小于100nm，然而随着薄膜厚度的增加，铁电聚合物薄膜结晶度降低、漏电流增加、抗击穿性能退化，从而导致最终铁电存储器件性能劣化。经由模板法实现铁电聚合物薄膜的外延生长是获得高质量铁电聚合物薄膜的理想方法。前期申请人开发了一种基于可控温、控压、摩擦成膜装置制备聚四氟乙烯有序模板的方法，并已申请国家发明专利(专利申请号201510202796.3)，基于此PTFE模板，实现了铁电聚合物薄膜P(VDF-TrFE)高度有序的外延生长。然而，该专利申请工艺所获得的铁电聚合物薄膜无法与PTFE模板分离，限制了其应用性；同时由于所获得铁电聚合物薄膜的表面粗糙度相对较大，导致薄膜具有较大的漏电流。为了进一步改进铁电聚合物薄膜质量，申请人开发了基于可移除PTFE模板的铁电聚合物P(VDF-TrFE)薄膜的外延生长工艺，实现了高质量铁电薄膜的可控制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超平整、漏电小、抗击穿、铁电性能好的外延生长制备高度取向聚偏二氟-三氟乙烯P(VDF-TrFE) 薄膜的方法。

本发明提供的外延生长制备高度取向聚偏二氟-三氟乙烯P(VDF-TrFE) 薄膜的方法，是基于可移除聚四氟乙烯有序模板的，首先，制备聚四氟乙烯(PTFE)有序模板，具体采用申请人之前开发的可控温、控压、摩擦成膜装置(国家发明专利申请号201510202796.3)制备。这种模板高度有序，可用于外延生长多种有机半导体和铁电聚合物薄膜；随后，在一定的压强范围内将PTFE模板与P(VDF-TrFE)薄膜压在一起，并在一定温度范围内做退火处理；最后，将PTFE模板剥离，即可获得表面平整、高度有序的外延铁电聚合物薄膜。

具体步骤如下。

1. PTFE有序模板的制备

按照之前国家发明专利申请书(申请号201510202796.3)中内容，PTFE有序模板的制备方法如下：

（1）选取玻璃、硅、ITO、聚酰亚胺(PI)等作为衬底材料，依次经丙酮、酒精、去离子水超声清洗，烘干备用；

（2）PTFE块体依次经丙酮、酒精、去离子水超声清洗，烘干备用；

（3）在特定温度(110-200℃)、压强(0.5-10MPa)和摩擦速率(0.1-1.0mm/s)下将PTFE块体压在上述衬底材料表面，经由摩擦转移获得有序PTFE模板。

2. P(VDF-TrFE)薄膜的制备

铁电P(VDF-TrFE)薄膜的制备可采用多种方法，比如旋涂法，适用于制备几十微米至几十纳米厚度的铁电薄膜；Langmuir-Blodgett成膜方法，适用于制备单分子层厚至几百纳米厚度的铁电聚合物薄膜；普通的溶液滴涂方法，适用于制备微米以上厚度的铁电薄膜。这些方法获得的铁电聚合物薄膜均可用于如下所述的基于可移除PTFE模板的外延铁电薄膜的制备。

3. 可移除PTFE模板法制备外延P(VDF-TrFE)薄膜

制备工艺如附图1所示，具体步骤为：