铁电材料属于功能型材料的一种,除了具有特有的铁电性之外,还具有其它多种电性能。如:热释电性、介电性、电光效应、压电性、声光效应和非线性光学效应等。通常情况下,铁电材料是以薄膜的形式应用于各类电子产品中。近些年来,随着薄膜制备技术的提高,铁电薄膜材料在非易失性存储器、传感器、电容器、能量收集器等方面的研究也越来越成熟。这些功能型电子产品在汽车工业、信息技术、航空航天和船舶重工等高端技术领域有巨大的应用潜能。有机铁电材料相比无机铁电来说具有柔顺性好、易成膜、低压反转和兼容性强等特点成为研究关注的热点。聚偏氟乙烯(PVDF)与其共聚物聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))是最为典型的有机铁电材料。本论文研究工作主要以不同结构的有机铁电薄膜电容器为基础,分析电极结构效应、厚度、电活性界面层和温度等因素作用于P(VDF-TrFE)铁电超薄膜的性能机理,如:极化、疲劳和畴反转特性等。本工作重点介绍了P(VDF-TrFE)铁电薄膜极化反转过程中疲劳现象,通过理论模型分析极化铁电畴疲劳机制。此外,还分析了RC模型中探针电阻值(R_P)、漏电阻(R_L)、界面层电阻值(R_I)和界面层电容(C_I)的变化对于铁电超薄膜电容器反转速度的影响。本文研究内容如下:(1)铁电薄膜电容器采用不同的电极结构,研究了结构效应对P(VDF-TrFE)铁电薄膜性能的影响。结果表明:采用线电极结构能够有效地改善P(VDF-TrFE)铁电薄膜的极化和疲劳性能,并用电荷补偿机制模型解释了铁电薄膜性能得到提升的原因。极化反转过程中线电极结提供了足够多的注入电荷保持铁电畴反转过程中的活性,使得疲劳极化性能得到了显著的改善。(2)本工作分析了以旋涂法制备的厚度为70 nm的P(VDF-TrFE)铁电薄膜,基于线电极厚度和宽度影响下薄膜电容器性能的变化。结果表明:不同电极厚度极化的变化趋势基本相同,极化强度的变化随电压的增强呈现出“S”型曲线变化。然而,随电极厚度的增加极化速率达到最大值的电压越小。相对极化随着电极厚度的增加而出现降低趋势。此外,电极宽度相同的条件下,驱动电压随着电极厚度的增加而降低。(3)本工作进一步分析了RC模型中探针电阻值(R_P)、漏电阻(R_L)、界面层电阻值(R_I)和界面层电容(C_I)的变化对于铁电超薄膜电容器反转速度的影响。结果表明:在较大的R_P值条件下,更多的自由电荷被钉扎束缚,形成陷阱电荷,从而导致器件反转能力下降,即反转时间τ增加。漏电阻越大的器件造成的漏电流较小,电滞回线矩形特征明显,器件完成快速读写,使得器件具有良好的性能。此外,随界面层电阻R_I值的增大,器件读写速度受到抑制;然而,界面层电容C_I的值越大,会由于分压效应,导致U_F增大,从而促使读写能够更快完成。