相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2014年9月12日提交的題為“使用環(huán)境穩(wěn)健的溶液處理來制備納米級有機(jī)鐵電膜”的第62/049,717號美國臨時(shí)申請的權(quán)益。所引用的專利申請的全部內(nèi)容以引用方式并入本申請中。

概括地說，本發(fā)明涉及在環(huán)境或室溫條件下有機(jī)鐵電薄膜的制備。工藝參數(shù)包括以足以產(chǎn)生厚度為400nm或更小的鐵電膜的量將加熱的包含有機(jī)鐵電聚合物和溶劑的溶液(至少75℃至溶劑的沸點(diǎn))沉積至襯底上。當(dāng)與用加熱的溫度低于75℃的溶液制備的薄膜比較以及與厚度大于400nm的薄膜比較時(shí)，所得薄膜具有改善的表面形態(tài)(例如，降低的表面粗糙度)。

背景技術(shù)：

存儲系統(tǒng)在許多電子產(chǎn)品，例如個人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、基于嵌入式處理器的系統(tǒng)、視頻圖像處理電路、便攜式電話等中用于存儲數(shù)據(jù)、程序代碼和/或其它信息。電子裝置中的存儲單元的重要特征是低成本、非易失性、高密度、可寫性、低功率和高速度。傳統(tǒng)的存儲器解決方案包括只讀存儲器(rom)、可編程只讀存儲器(prom)、電可編程存儲器(eprom)、電可擦除可編程只讀存儲器(eeprom)、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(dram)和靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(sram)。

最近，已經(jīng)嘗試了鐵磁ram(fram)。fram利用鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管的鐵磁區(qū)或鐵磁膜來產(chǎn)生非易失性存儲單元。此類電子裝置使用由鐵電聚合物層分開的兩個平行導(dǎo)電板制造。鐵電聚合物層是一層絕緣膜，其含有可通過相對的電場重復(fù)地反轉(zhuǎn)的永久電極化。因此，鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管具有兩個可能的非易失性狀態(tài)，它們可以在沒有電功率下保持，對應(yīng)于數(shù)字存儲器中的兩個二進(jìn)制邏輯電平。另外，鐵電電容器、晶體管和二極管也提供能量存儲功能。當(dāng)跨板施加電壓時(shí)，鐵電材料中的電場移動電荷，從而存儲能量。所存儲的能量的量取決于絕緣材料的介電常數(shù)和膜的尺寸(總面積和厚度)。

通常，聚(偏二氟乙烯)(pvdf)型聚合物或共聚物(例如，pvdf與三氟乙烯(trfe)的共聚物(pvdf-trfe))由于它們的大極化值以及電性質(zhì)和材料性質(zhì)而用作鐵電材料。pvdf型聚合物對于電子裝置是有吸引力的，因?yàn)樗鼈兛梢砸阅さ男问讲⑶乙愿鞣N形狀生產(chǎn)，具有高的耐化學(xué)性和將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的高效率。pvdf具有五種不同的多晶型物(也稱為相)，即阿耳法(α)、貝它(β)、伽馬(γ)、德耳塔(δ)和伊普西隆(ε)，最常見的多晶型物是阿耳法(α)多晶型物。α-多晶型物顯示出很少至沒有鐵電性質(zhì)，而其余的相顯示出較強(qiáng)的鐵電性質(zhì)，其中β-多晶型物最優(yōu)選。

已經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試以使用各種處理?xiàng)l件例如溶液處理、熔融處理或機(jī)械處理將α-多晶型物轉(zhuǎn)變?yōu)楦虾跣枰摩?多晶型物。這些方法具有缺點(diǎn)，因?yàn)樗鼈冎荒苤苽浜穸葹閹孜⒚?例如，大于1,000納米(nm))的pvdf型聚合物膜，所述膜較不適合用于微電子裝置中。納米級膜的開發(fā)一直較為困難，因?yàn)楸∧ぴ诟唠妶鱿赂子谄茐?。目前的技術(shù)使用蒸發(fā)沉積方法，例如熱氣相沉積、電離氣相沉積、電場輔助氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積等來制備納米級膜。雖然這些類型的方法可以在襯底上形成β-多晶型物，但在蒸發(fā)過程中使用的條件(例如，約350℃的溫度)往往導(dǎo)致分子量、結(jié)晶度的降低，并且因此鐵電和光學(xué)性質(zhì)的降低。

產(chǎn)生鐵電膜的其它嘗試包括在低于80℃的溫度下處理聚合物溶液以抑制呈α-多晶型物的聚合物的結(jié)晶。這些方法通常產(chǎn)生具有大于1微米的厚度的膜，其具有表現(xiàn)在聚合物層的表面上的一系列形貌構(gòu)造(參見例如ramasundaram等人，macromolecularchemistryandphysics,2008，第209卷，2516-2526和ramasundaram等人，macromolecularchemistryandphysics,2009，第210卷，951-960)。這些形貌構(gòu)造可使表面粗糙，因此較不適合用于一些襯底，并且還可影響膜的鐵電性質(zhì)。

cardoso等人，smartmaterialsandstructures,2011，第20卷，pp.描述了一種通過在環(huán)境條件下沉積之后直接熱退火來產(chǎn)生300nm或更厚的鐵電膜的方法。由該方法產(chǎn)生的薄膜結(jié)晶為多孔膜，從而導(dǎo)致電子性質(zhì)差。

li等人，j.materialchem.c.,2013，第1卷，第7695-7702頁描述了通過控制襯底溫度和工藝的相對濕度使用線棒涂布技術(shù)來制備厚度大于1微米(1,000nm)的pvdf膜。然而，該方法導(dǎo)致膜具有α-多晶型物，需要進(jìn)一步處理以將α-多晶型物轉(zhuǎn)化為鐵電多晶型物。li等人，appliedphysicsletters,2013，第103卷，第072903-4頁描述了通過控制固體重量含量或方法的旋轉(zhuǎn)速度使用旋涂技術(shù)來制備平滑的α-pvdf薄膜。使用電脈沖將平滑的α-pvdf膜轉(zhuǎn)化為δ-pvdf。

產(chǎn)生薄pvdf膜的其它嘗試包括添加添加劑，例如聚甲基丙烯酸甲酯或金屬離子。雖然已經(jīng)嘗試制造pvdf薄膜，但這些膜具有表面粗糙和光學(xué)性質(zhì)差的缺點(diǎn)，這使得它們不能有效地用于微電子裝置中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了解決與生產(chǎn)具有合乎需要的光學(xué)性質(zhì)和表面粗糙度形態(tài)且具有鐵電滯后性質(zhì)的有機(jī)鐵電聚合物薄膜相關(guān)的問題的解決方案。該解決方案在于將溶劑與溶解于其中的有機(jī)鐵電聚合物的組合物(例如，溶液)加熱至高于75℃且低于溶劑的沸點(diǎn)的溫度。然后，可將加熱的組合物在環(huán)境或室溫條件下沉積至襯底上，并進(jìn)一步處理以產(chǎn)生具有鐵電滯后性質(zhì)和400nm或更小的厚度的鐵電膜。值得注意的是，發(fā)現(xiàn)加熱組合物和所得膜的厚度為400nm或更小的組合產(chǎn)生具有合乎需要的鐵電滯后性質(zhì)、表面粗糙度形態(tài)和光學(xué)品質(zhì)的膜。不希望受理論束縛，據(jù)信加熱步驟減少了處理期間水至組合物中的進(jìn)入(例如，通過濕氣擴(kuò)散至組合物中)，從而降低了有機(jī)鐵電聚合物與溶劑(對基于pvdf的聚合物而言，水是非溶劑)相分離的可能性。據(jù)信相分離會增加膜的表面粗糙度-在退火期間，膜中的水分子通過聚合物基質(zhì)移動至膜的表面并進(jìn)入大氣中，這在膜的表面上產(chǎn)生形貌構(gòu)造。具有足夠高度的形貌構(gòu)造可能導(dǎo)致膜的表面粗糙以及模糊/降低的透明度。據(jù)信使所得膜的厚度保持在400nm或更小通過增加其透明度而有助于/有益于膜的光學(xué)品質(zhì)。因此，加熱組合物與所得膜厚度的組合導(dǎo)致可以在環(huán)境處理?xiàng)l件下進(jìn)行的方法，其結(jié)果是產(chǎn)生具有合乎需要的鐵電滯后性質(zhì)、表面粗糙度形態(tài)和光學(xué)品質(zhì)的納米級鐵電膜。

值得注意的是，本發(fā)明的方法不需要濕度和/或溫度受控環(huán)境，并且不需要使用待與組合物共混的非鐵電聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma))、不需要電場極化、控制退火期間的冷卻和加熱速率和/或使用添加劑。與目前用于生產(chǎn)鐵電膜的已知方法相比，這有助于本發(fā)明的方法的簡潔，以及有助于提高就生產(chǎn)成本和復(fù)雜性而言方法的效率。

在本發(fā)明的一個方面中，公開了一種用于制備具有鐵電滯后性質(zhì)的鐵電膜的方法。所述方法可以包括：獲得包含溶劑和溶解于其中的有機(jī)鐵電聚合物的組合物；將所述組合物加熱至高于75℃且低于所述溶劑的沸點(diǎn)；將所述加熱的組合物沉積至襯底上；以及使所述加熱的組合物退火以形成具有鐵電滯后性質(zhì)和400nm或更小的厚度的鐵電膜。組合物可以是溶液、凝膠體或熔融體，并且優(yōu)選為溶液。基于溶液的沉積技術(shù)是特別優(yōu)選的(例如，旋涂法、線棒涂布法、刮刀法或輥對輥法)，其中旋涂是特別優(yōu)選的。還可以使用其它涂布方法，例如噴涂、超聲噴涂、噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷、滴鑄、浸涂、mayer棒涂布、凹版涂布、槽模涂布、擠出涂布等。在一些情況下，所產(chǎn)生的鐵電膜的厚度小于400nm，小于375nm，小于350nm，小于300nm，小于275nm，小于250nm，小于225nm，小于200nm，小于175nm，小于150nm，小于125nm，小于100nm。在更優(yōu)選的方面中，所得膜的厚度為10nm至400nm，優(yōu)選140nm至300nm，最優(yōu)選200nm至300nm。加熱的組合物在沉積至襯底上時(shí)的溫度優(yōu)選高于75℃，高于80℃，高于85℃，高于90℃，高于95℃，高于100℃，高于125℃，高于150℃，高于175℃。在更優(yōu)選的方面中，加熱的組合物在沉積至襯底上期間的溫度為高于75℃至200℃，優(yōu)選高于75℃至150℃，最優(yōu)選80℃至120℃。在一個實(shí)施方案中，如使用li等人，j.materialchem.c.,2013,第1卷，第7695-7702頁中所述的程序通過原子力顯微鏡檢查(afm)所測定的，所得膜的表面粗糙度可為20nm或更小。在本發(fā)明的一些方面中，所產(chǎn)生的有機(jī)鐵電薄膜可以具有高質(zhì)量的光學(xué)性質(zhì)(例如，透明的)。如由當(dāng)按雙對數(shù)比例的繪制時(shí)在300nm至1000nm的波長下具有10^-1a.u.或更小的吸光度(干涉條紋)所證明的，所述膜可為透明的。加熱的組合物可以包含足量的溶解于溶劑中的鐵電聚合物以獲得合乎需要的鐵電滯后性質(zhì)。在一個優(yōu)選方面中，該量包含基于組合物的總重量3重量％至約12重量％的有機(jī)鐵電聚合物。然而，還可以使用低于3重量％和高于12重量％的量。可以在本發(fā)明的上下文中使用的有機(jī)鐵電聚合物的非限制性實(shí)例在詳細(xì)描述中提供，其以引用方式并入本部分中。優(yōu)選的有機(jī)鐵電聚合物包括聚(偏二氟乙烯)(pvdf)和聚(偏二氟乙烯-四氟乙烯)(pvdf-trfe)，或者其共混物或混合物。

本發(fā)明的另一方面是調(diào)整所產(chǎn)生的膜的表面形態(tài)和透明度的能力。在一種情況下，公開了一種用于控制具有鐵電滯后性質(zhì)的鐵電膜的表面粗糙度的方法。所述方法可以包括：(a)通過將包含溶劑和溶解于其中的有機(jī)鐵電聚合物的組合物加熱至高于室溫且低于所述溶劑的沸點(diǎn)的目標(biāo)溫度范圍，減少擴(kuò)散至所述組合物中的水的量，其中所述目標(biāo)溫度范圍對應(yīng)于所述鐵電膜的目標(biāo)表面形態(tài)；(b)將所述加熱的組合物沉積至襯底上；以及(c)使所述加熱的組合物退火以形成具有鐵電滯后性質(zhì)、400nm或更小的厚度和所述目標(biāo)表面形態(tài)的鐵電膜。如上所述，據(jù)信當(dāng)在沉積至襯底上的期間組合物的溫度低于75℃時(shí)，組合物從外部環(huán)境吸收大量的水(例如，來自空氣的水蒸氣/濕氣擴(kuò)散至組合物中)。該水通常在溶劑中不混溶，從而引起溶劑/有機(jī)鐵電聚合物的相分離。在退火期間，水分子通過組合物移動至大氣中，這在所得的膜的表面上產(chǎn)生形貌構(gòu)造。具有足夠高度的形貌構(gòu)造可能導(dǎo)致膜的表面粗糙。粗糙的表面可以使膜更不透明(即，通過膜觀看的圖像顯得模糊)。因此，通過本發(fā)明的方法制備的鐵電膜可以通過控制加熱的組合物的溫度進(jìn)行調(diào)整以具有合乎需要的表面粗糙度或合乎需要的透明度。在一些情況下，在下面的襯底難以附著或粘附膜的情況下，可能希望具有較大的表面粗糙度值(如通過afm所測定，例如，由于表面積的增加，增加的表面粗糙度可以增加粘附力)。相反，在襯底更易于粘附鐵電膜的情況下，可能希望具有較低的afm值。在任一情況下，可根據(jù)需要調(diào)整或控制本發(fā)明的膜的表面粗糙度或形態(tài)。此外，改變有機(jī)鐵電膜的厚度或量也可以用于進(jìn)一步調(diào)整所得膜的厚度和光學(xué)性質(zhì)。

在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種通過本發(fā)明的方法制備的鐵電裝置。所述鐵電裝置包括但不限于鐵電電容器、薄膜電容器或二極管。所述鐵電裝置包括第一導(dǎo)電材料和第二導(dǎo)電材料。有機(jī)鐵電膜的至少一部分被配置在第一導(dǎo)電材料的至少一部分和第二導(dǎo)電材料的至少一部分之間。所述鐵電裝置可以包含在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何類型的襯底(例如，聚合物、無機(jī)、有機(jī)等)上。一些非限制性實(shí)例包括硅襯底、塑料襯底、紙襯底等。

此外，通過本文所述的方法制造的有機(jī)鐵電薄膜或包含所述膜的鐵電裝置可用于電子裝置、印刷電路板或集成電路中。例如，本發(fā)明的鐵電裝置可以包括在電子裝置、印刷電路板或集成電路的通信電路、感測電路或控制電路的至少一部分中。電路可以是壓電傳感器、壓電換能器、壓電致動器、熱電傳感器、熱電傳感器、熱電換能器或熱電致動器。此外，也可以預(yù)期包括本發(fā)明的鐵電膜或鐵電裝置的電子裝置。

在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，公開了一種用本發(fā)明的鐵電裝置使來自電源的電路去耦的方法。所述方法可以包括將鐵電裝置配置在電源電壓線和接地電壓線之間，其中鐵電裝置耦合至電源電壓線和接地電壓線，并且其中實(shí)現(xiàn)了降低由電源電壓和接地電壓所產(chǎn)生的電源噪聲。

還公開了一種用于操作包括本發(fā)明的鐵電裝置的能量存儲電路的方法，當(dāng)來自主源的電功率不可用時(shí)，所述鐵電裝置向消耗裝置提供電功率。所述方法可以包括：(1)為鐵電裝置限定目標(biāo)能級，其中所述目標(biāo)能級基于鐵電膜中第二聚合物的選定材料重量百分比；(2)對裝置充電；(3)測量在充電期間存儲在鐵電裝置中的第一能量的量；(4)當(dāng)存儲在所述裝置中的所述第一能量的量達(dá)到所述目標(biāo)能級時(shí)，終止所述鐵電裝置的充電；以及(5)例如當(dāng)來自主源的電功率不可用時(shí)，使裝置放電至消耗裝置中。

在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種使用本發(fā)明的鐵電裝置來操作壓電傳感器、壓電換能器或壓電致動器的方法。在本發(fā)明的一些方面中，公開了一種使用本發(fā)明的鐵電裝置來操作熱電傳感器、熱電換能器或熱電致動器的方法。熱電傳感器的實(shí)例包括被動紅外檢測器、紅外成像陣列和指紋傳感器。

在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種具有鐵電滯后性質(zhì)的鐵電膜，所述膜包含有機(jī)鐵電聚合物、400nm或更小的厚度和平滑的表面形態(tài)(例如，如通過原子力顯微鏡檢查(afm)所測定的，20nm或更小，或者1nm至20nm，或者優(yōu)選5nm至20nm，或者最優(yōu)選10nm至20nm)。所述鐵電膜的厚度可為350nm或更小、300nm或更小、10nm至400nm，優(yōu)選140nm至300nm，最優(yōu)選200nm至300nm。所述鐵電膜可以具有基本上如圖13c、圖13d或圖13e中所示的表面形態(tài)。所述膜可以是透明的?？梢詼y定透明度，使得所述膜在300nm至1000nm的波長下具有10^-1a.u.或更小的吸光度。有機(jī)鐵電聚合物可以是在整個說明書和權(quán)利要求書中公開的那些(例如，基于聚偏二氟乙烯(pvdf)的聚合物、基于聚十一烷酰胺(尼龍11)的聚合物或其共混物)。作為實(shí)例，基于pvdf的聚合物可以是均聚物、共聚物或三元共聚物，或者其共混物?？梢詫⒒趐vdf的聚合物與基于非pvdf的聚合物共混。非pvdf聚合物可以是聚(苯醚)(ppo)聚合物、聚苯乙烯(ps)聚合物或聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)聚合物，或者其共混物?；趐vdf的聚合物可以是pvdf、聚(偏二氟乙烯-四氟乙烯)(pvdf-trfe)、或聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)(pvdf-hfp)、聚(偏二氟乙烯-共-氯三氟乙烯)(pvdf-ctfe)、聚(偏二氟乙烯-共-氯氟乙烯)(pvdf-cfe)、聚(偏二氟乙烯-共-氯二氟乙烯)(pvdf-cdfe)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯氟乙烯)(pvdf-trfe-cfe)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯三氟乙烯)(pvdf-trfe-ctfe)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-六氟丙烯)(pvdf-trfe-hfp)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯二氟乙烯)(pvdf-trfe-cdfe)、聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-氯氟乙烯)(pvdf-tfe-cfe)、聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-氯三氟乙烯)(pvdf-tfe-ctfe)、聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-六氟丙烯)(pvdf-tfe-hfp)和聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-氯二氟乙烯)(pvdf-tfe-cdfe)，或者其聚合物共混物。在優(yōu)選實(shí)施方案中，基于pvdf的聚合物可以是pvdf或包含pvdf的共混物。所述膜可以具有呈貝它(β)相、伽馬(γ)相、德耳塔(δ)相或伊普西隆(ε)相，優(yōu)選貝它(β)相或伽馬(γ)相，最優(yōu)選伽馬(γ)相的pvdf。在某些方面中，所述膜不包含金屬醇鹽。所述膜可以包括在電子裝置、印刷電路板或集成電路中。所述膜可以包括在鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管中。所述膜可以包括在裝置中，其非限制性實(shí)例包括智能卡、rfid卡或標(biāo)簽、壓電傳感器、壓電換能器、壓電致動器、熱電傳感器、存儲裝置、非易失性存儲單元、獨(dú)立存儲單元、固件、微控制器、陀螺儀、聲學(xué)傳感器、致動器、微型發(fā)電機(jī)、電源電路、電路耦合和去耦裝置、射頻濾波裝置、延遲電路、射頻調(diào)諧器、被動紅外傳感器、紅外成像陣列或指紋傳感器。

在本發(fā)明的上下文中還公開了實(shí)施方案1至79。實(shí)施方案1是一種用于制備具有鐵電滯后性質(zhì)的鐵電膜的方法。所述方法可以包括：(a)獲得包含溶劑和溶解于其中的有機(jī)鐵電聚合物的組合物；(b)將所述組合物加熱至高于75℃且低于所述溶劑的沸點(diǎn)；(c)將加熱的組合物沉積至襯底上；以及(d)使所述加熱的組合物退火以形成具有鐵電滯后性質(zhì)和400nm或更小的厚度的鐵電膜。實(shí)施方案2是根據(jù)實(shí)施方案1所述的方法，其中所述鐵電膜的所述厚度為350nm或更小、300nm或更小、10nm至400nm，優(yōu)選140nm至300nm，最優(yōu)選200nm至300nm。實(shí)施方案3是根據(jù)實(shí)施方案2所述的方法，其中將所述組合物加熱至高于75℃至200℃，優(yōu)選高于75℃至150℃，最優(yōu)選80℃至120℃。實(shí)施方案4是根據(jù)實(shí)施方案3所述的方法，其中所述鐵電聚合物是聚偏二氟乙烯(pvdf)或其共混物。實(shí)施方案5是根據(jù)實(shí)施方案1至4中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述膜的表面形態(tài)是平滑的。實(shí)施方案6是根據(jù)實(shí)施方案5所述的方法，其中所述膜具有如通過原子力顯微鏡檢查(afm)所測定的20nm或更小的表面粗糙度。實(shí)施方案7是根據(jù)實(shí)施方案1至6中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述組合物是溶液、凝膠體或熔融體。實(shí)施方案8是根據(jù)實(shí)施方案7所述的方法，其中所述組合物是溶液。實(shí)施方案9是根據(jù)實(shí)施方案1至8中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述組合物包含約3重量％至約12重量％的所述有機(jī)鐵電聚合物。實(shí)施方案10是根據(jù)實(shí)施方案1至9中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述襯底包括下電極，并且其中所述加熱的溶液被沉積在所述下電極上。實(shí)施方案11是根據(jù)實(shí)施方案10所述的方法，其進(jìn)一步包括將上電極沉積在所述鐵電膜上。實(shí)施方案12是根據(jù)實(shí)施方案1至11中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述溶劑包括二甲基甲酰胺、乙酸二甲酯、二甲基乙酰胺、四甲基脲、二甲亞砜、磷酸三甲酯、n-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸二乙酯或其任何組合。實(shí)施方案13是根據(jù)實(shí)施方案1至12中任一實(shí)施方案所述的方法，其中步驟(b)中的溫度足以克服或防止來自周圍環(huán)境的濕氣擴(kuò)散。實(shí)施方案14是根據(jù)實(shí)施方案1至13中任一實(shí)施方案所述的方法，其中步驟(c)中的沉積所述組合物在50％或更低的相對濕度下進(jìn)行。實(shí)施方案15是根據(jù)實(shí)施方案1至14中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述膜在300nm至1000nm的波長下具有10^-1a.u.或更小的吸光度。實(shí)施方案16是根據(jù)實(shí)施方案1至3或5至15中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述有機(jī)鐵電聚合物是基于聚偏二氟乙烯(pvdf)的聚合物、基于聚十一烷酰胺(尼龍11)的聚合物或其共混物。實(shí)施方案17是根據(jù)實(shí)施方案16所述的方法，其中所述基于pvdf的聚合物是均聚物、共聚物或三元共聚物，或者其共混物。實(shí)施方案18是根據(jù)實(shí)施方案16至17中任一實(shí)施方案所述的方法，其中將所述基于pvdf的聚合物與基于非pvdf的聚合物共混。實(shí)施方案19是根據(jù)實(shí)施方案18所述的方法，其中所述非pvdf聚合物是聚(苯醚)(ppo)聚合物、聚苯乙烯(ps)聚合物或聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)聚合物，或者其共混物。實(shí)施方案20是根據(jù)實(shí)施方案16至19中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述基于pvdf的聚合物是pvdf、聚(偏二氟乙烯-四氟乙烯)(pvdf-trfe)、或聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)(pvdf-hfp)、聚(偏二氟乙烯-共-氯三氟乙烯)(pvdf-ctfe)、聚(偏二氟乙烯-共-氯氟乙烯)(pvdf-cfe)、聚(偏二氟乙烯-共-氯二氟乙烯)(pvdf-cdfe)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯氟乙烯)(pvdf-trfe-cfe)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯三氟乙烯)(pvdf-trfe-ctfe)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-六氟丙烯)(pvdf-trfe-hfp)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯二氟乙烯)(pvdf-trfe-cdfe)、聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-氯氟乙烯)(pvdf-tfe-cfe)、聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-氯三氟乙烯)(pvdf-tfe-ctfe)、聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-六氟丙烯)(pvdf-tfe-hfp)和聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-氯二氟乙烯)(pvdf-tfe-cdfe)，或者其聚合物共混物。實(shí)施方案21是根據(jù)實(shí)施方案20所述的方法，其中所述基于pvdf的聚合物是pvdf。實(shí)施方案22是根據(jù)實(shí)施方案1至21中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述有機(jī)鐵電聚合物材料不含金屬醇鹽。實(shí)施方案23是根據(jù)實(shí)施方案1至22中任一實(shí)施方案所述的方法，其中沉積步驟(c)包括旋涂法、線棒涂布法、刮刀法或輥對輥法。實(shí)施方案24是根據(jù)實(shí)施方案1至23中任一實(shí)施方案所述的方法，其中步驟(a)至(c)在60分鐘或更長時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。實(shí)施方案25是根據(jù)實(shí)施方案1至24中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述襯底的溫度為80℃或更低，50℃或更低，30℃或更低，或者環(huán)境溫度。實(shí)施方案26是根據(jù)實(shí)施方案1至25中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述襯底在步驟(b)期間未被加熱。

實(shí)施方案27是一種用于控制具有鐵電滯后性質(zhì)的鐵電膜的表面粗糙度的方法。所述方法可以包括：(a)通過將包含溶劑和溶解于其中的有機(jī)鐵電聚合物的組合物加熱至高于室溫且低于所述溶劑的沸點(diǎn)的目標(biāo)溫度范圍，減少擴(kuò)散至所述組合物中的水的量，其中所述目標(biāo)溫度范圍對應(yīng)于所述鐵電膜的目標(biāo)表面形態(tài)；(b)將所述加熱的組合物沉積至襯底上；以及(c)使所述加熱的組合物退火以形成具有鐵電滯后性質(zhì)、400nm或更小的厚度和所述目標(biāo)表面形態(tài)的鐵電膜。實(shí)施方案28是根據(jù)實(shí)施方案27所述的方法，其中所述膜具有如通過原子力顯微鏡檢查(afm)所測定的20nm或更小的表面粗糙度。實(shí)施方案29是根據(jù)實(shí)施方案27或28中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述目標(biāo)溫度為高于75℃，優(yōu)選高于75℃至200℃，更優(yōu)選高于75℃至150℃，最優(yōu)選80℃至120℃。實(shí)施方案30是根據(jù)實(shí)施方案27至29中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述鐵電膜的所述厚度為350nm或更小、300nm或更小、10nm至400nm，優(yōu)選140nm至300nm，最優(yōu)選200nm至300nm。實(shí)施方案31是根據(jù)實(shí)施方案27至30中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述鐵電聚合物是pvdf或其共混物。實(shí)施方案32是根據(jù)實(shí)施方案27至31中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述組合物是溶液、凝膠體或熔融體。實(shí)施方案33是根據(jù)實(shí)施方案32所述的方法，其中所述組合物是溶液。實(shí)施方案34是根據(jù)實(shí)施方案27至33中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述組合物包含約3重量％至約12重量％的所述有機(jī)鐵電聚合物。實(shí)施方案35是根據(jù)實(shí)施方案27至34中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述鐵電膜的所述目標(biāo)表面形態(tài)足以使所述鐵電膜粘附至沉積在所述鐵電膜的表面上的電極。實(shí)施方案36是根據(jù)實(shí)施方案27至35中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述鐵電膜在300nm至1000nm的波長下具有10^-1a.u.或更小的吸光度。實(shí)施方案37是根據(jù)實(shí)施方案27至36中任一實(shí)施方案所述的方法，其中將所述加熱的組合物沉積至襯底上在50％或更低的相對濕度下進(jìn)行。實(shí)施方案38是根據(jù)實(shí)施方案27至37中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述組合物包含約5重量％至10重量％的所述有機(jī)鐵電聚合物，所述目標(biāo)溫度為約75℃至125℃，并且所述目標(biāo)表面形態(tài)為5nm至20nm，或者優(yōu)選地，其中所述溶液包含約8.2重量％的所述有機(jī)鐵電聚合物，所述目標(biāo)溫度為約100℃，并且所述目標(biāo)表面形態(tài)為10nm。實(shí)施方案39是根據(jù)實(shí)施方案27至38中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述襯底包括下電極，并且其中所述加熱的組合物被沉積在所述下電極上。實(shí)施方案40是根據(jù)實(shí)施方案39所述的方法，其進(jìn)一步包括將上電極沉積在所述鐵電膜上。實(shí)施方案41是根據(jù)實(shí)施方案27至40中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述溶劑包括二甲基甲酰胺、乙酸二甲酯、二甲基乙酰胺、四甲基脲、二甲亞砜、磷酸三甲酯、n-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸二乙酯或其任何組合。實(shí)施方案42是根據(jù)實(shí)施方案27至30或32至41中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述有機(jī)鐵電聚合物是基于聚偏二氟乙烯(pvdf)的聚合物、基于聚十一烷酰胺(尼龍11)的聚合物或其共混物。實(shí)施方案43是根據(jù)實(shí)施方案42所述的方法，其中所述基于pvdf的聚合物是均聚物、共聚物或三元共聚物，或者其共混物。實(shí)施方案44是根據(jù)實(shí)施方案42至43中任一實(shí)施方案所述的方法，其中將所述基于pvdf的聚合物與基于非pvdf的聚合物共混。實(shí)施方案45是根據(jù)實(shí)施方案44所述的方法，其中所述非pvdf聚合物是聚(苯醚)(ppo)、聚苯乙烯(ps)、或聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)或其共混物。實(shí)施方案46是根據(jù)實(shí)施方案42至45中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述基于pvdf的聚合物是pvdf、聚(偏二氟乙烯-四氟乙烯)(pvdf-trfe)、或聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)(pvdf-hfp)、聚(偏二氟乙烯-共-氯三氟乙烯)(pvdf-ctfe)、聚(偏二氟乙烯-共-氯氟乙烯)(pvdf-cfe)、聚(偏二氟乙烯-共-氯二氟乙烯)(pvdf-cdfe)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯氟乙烯)(pvdf-trfe-cfe)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯三氟乙烯)(pvdf-trfe-ctfe)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-六氟丙烯)(pvdf-trfe-hfp)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯二氟乙烯)(pvdf-trfe-cdfe)、聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-氯氟乙烯)(pvdf-tfe-cfe)、聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-氯三氟乙烯)(pvdf-tfe-ctfe)、聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-六氟丙烯)(pvdf-tfe-hfp)和聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-氯二氟乙烯)(pvdf-tfe-cdfe)，或者其聚合物共混物。實(shí)施方案47是根據(jù)實(shí)施方案467所述的方法，其中所述基于pvdf的聚合物是pvdf。實(shí)施方案48是根據(jù)實(shí)施方案27至47中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述有機(jī)鐵電聚合物材料不含金屬醇鹽。實(shí)施方案49是根據(jù)實(shí)施方案27至48中任一實(shí)施方案所述的方法，其中沉積步驟(b)包括旋涂法、線棒涂布法、刮刀法或輥對輥法。實(shí)施方案50是根據(jù)實(shí)施方案27至49中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述襯底的溫度為80℃或更低，50℃或更低，30℃或更低，或者環(huán)境溫度。實(shí)施方案51是根據(jù)實(shí)施方案27至50中任一實(shí)施方案所述的方法，其中所述襯底在步驟(b)期間未被加熱。

實(shí)施方案52是包括由根據(jù)實(shí)施方案1至51中任一實(shí)施方案所述的方法制造的具有鐵電滯后性質(zhì)的有機(jī)鐵電膜的鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管，其中所述鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管包括第一導(dǎo)電材料和第二導(dǎo)電材料，其中所述有機(jī)鐵電膜的至少一部分被配置在所述第一導(dǎo)電材料的至少一部分和所述第二導(dǎo)電材料的至少一部分之間。實(shí)施方案53是根據(jù)實(shí)施方案52所述的鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管，其中在襯底上包含所述鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管。實(shí)施方案54是根據(jù)實(shí)施方案53所述的鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管，其中所述襯底包括硅、塑料或紙。

實(shí)施方案55是一種印刷電路板，其包括通過根據(jù)實(shí)施方案1至51中任一實(shí)施方案所述的方法制造的鐵電膜或根據(jù)實(shí)施方案52至54中任一實(shí)施方案所述的鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管。

實(shí)施方案56是一種集成電路，其包括通過根據(jù)實(shí)施方案1至51中任一實(shí)施方案所述的方法制造的鐵電膜或根據(jù)實(shí)施方案52至54中任一實(shí)施方案所述的鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管。

實(shí)施方案57是一種電子裝置，其包括通過根據(jù)實(shí)施方案1至51中任一實(shí)施方案所述的方法制造的鐵電膜或根據(jù)實(shí)施方案52至54中任一實(shí)施方案所述的鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管。

實(shí)施方案58是一種用根據(jù)實(shí)施方案52至54中任一實(shí)施方案所述的鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管使來自電源的電路去耦的方法，所述方法包括將所述鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管定位于電源電壓線和接地電壓線之間，其中所述鐵電電容器或薄膜晶體管耦合至所述電源電壓線和所述接地電壓線，并且其中實(shí)現(xiàn)了降低由所述電源電壓和所述接地電壓所產(chǎn)生的電源噪聲。

實(shí)施方案59是一種用于操作包括根據(jù)實(shí)施方案52至54中任一實(shí)施方案所述的鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管的能量存儲電路的方法，當(dāng)來自主源的電功率不可用時(shí)，所述鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管向消耗裝置提供電功率。所述方法可以包括：為所述鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管限定目標(biāo)能級；對所述鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管充電；測量在充電期間存儲在所述鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管中的第一能量的量；當(dāng)存儲在所述鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管中的所述第一能量的量達(dá)到所述目標(biāo)能級時(shí)，終止所述鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管的充電；以及當(dāng)來自主源的電功率變得不可用時(shí)，使所述鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管放電至所述消耗裝置中。

實(shí)施方案60是一種使用根據(jù)實(shí)施方案52至54中任一實(shí)施方案所述的鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管來操作壓電傳感器、壓電換能器和壓電致動器的方法。

實(shí)施方案61是一種具有鐵電滯后性質(zhì)的鐵電膜，所述膜包含有機(jī)鐵電聚合物、400nm或更小的厚度和平滑的表面形態(tài)。實(shí)施方案62是根據(jù)實(shí)施方案61所述的鐵電膜，其中所述膜包含350nm或更小、300nm或更小、10nm至400nm，優(yōu)選140nm至300nm，最優(yōu)選200nm至300nm的厚度。實(shí)施方案63是根據(jù)實(shí)施方案61至62中任一實(shí)施方案所述的鐵電膜，其中所述膜具有如通過原子力顯微鏡檢查(afm)所測定的20nm或更小的表面粗糙度。實(shí)施方案64是根據(jù)實(shí)施方案61所述的鐵電膜，其中所述膜具有基本上如圖13c中所示的表面形態(tài)。實(shí)施方案65是根據(jù)實(shí)施方案61所述的鐵電膜，其中所述膜具有基本上如圖13d中所示的表面形態(tài)。實(shí)施方案66是根據(jù)實(shí)施方案61所述的鐵電膜，其中所述膜具有基本上如圖13e中所示的表面形態(tài)。實(shí)施方案67是根據(jù)實(shí)施方案61至66中任一實(shí)施方案所述的鐵電膜，其中所述膜是透明的。實(shí)施方案68是根據(jù)實(shí)施方案67所述的鐵電膜，其中所述膜在300nm至1000nm的波長下具有10^-1a.u.或更小的吸光度。實(shí)施方案69是根據(jù)實(shí)施方案61至68中任一實(shí)施方案所述的鐵電膜，其中所述有機(jī)鐵電聚合物是基于聚偏二氟乙烯(pvdf)的聚合物、基于聚十一烷酰胺(尼龍11)的聚合物或其共混物。實(shí)施方案70是根據(jù)實(shí)施方案69所述的鐵電膜，其中所述基于pvdf的聚合物是均聚物、共聚物或三元共聚物，或者其共混物。實(shí)施方案71是根據(jù)實(shí)施方案69至70中任一實(shí)施方案所述的鐵電膜，其中將所述基于pvdf的聚合物與基于非pvdf的聚合物共混。實(shí)施方案72是根據(jù)實(shí)施方案71所述的鐵電膜，其中所述非pvdf聚合物是聚(苯醚)(ppo)聚合物、聚苯乙烯(ps)聚合物或聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)聚合物，或者其共混物。實(shí)施方案73是根據(jù)實(shí)施方案69至72中任一實(shí)施方案所述的鐵電膜，其中所述基于pvdf的聚合物是pvdf、聚(偏二氟乙烯-四氟乙烯)(pvdf-trfe)、或聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)(pvdf-hfp)、聚(偏二氟乙烯-共-氯三氟乙烯)(pvdf-ctfe)、聚(偏二氟乙烯-共-氯氟乙烯)(pvdf-cfe)、聚(偏二氟乙烯-共-氯二氟乙烯)(pvdf-cdfe)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯氟乙烯)(pvdf-trfe-cfe)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯三氟乙烯)(pvdf-trfe-ctfe)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-六氟丙烯)(pvdf-trfe-hfp)、聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯二氟乙烯)(pvdf-trfe-cdfe)、聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-氯氟乙烯)(pvdf-tfe-cfe)、聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-氯三氟乙烯)(pvdf-tfe-ctfe)、聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-六氟丙烯)(pvdf-tfe-hfp)和聚(偏二氟乙烯-共-四氟乙烯-共-氯二氟乙烯)(pvdf-tfe-cdfe)，或者其聚合物共混物。實(shí)施方案74是根據(jù)實(shí)施方案73所述的鐵電膜，其中所述基于pvdf的聚合物是pvdf。實(shí)施方案75是根據(jù)實(shí)施方案74所述的鐵電膜，其中所述pvdf呈貝它(β)相、伽馬(γ)相、德耳塔(δ)相或伊普西隆(ε)相，優(yōu)選伽馬(γ)相。實(shí)施方案76是根據(jù)實(shí)施方案61至75中任一實(shí)施方案所述的鐵電膜，其中所述膜不含金屬醇鹽。

實(shí)施方案77是包括根據(jù)實(shí)施方案61至76所述的鐵電膜中的任何一種的電子裝置、印刷電路板或集成電路。實(shí)施方案78是包括根據(jù)實(shí)施方案61至76所述的鐵電膜中的任何一種的鐵電電容器、薄膜晶體管或二極管。

實(shí)施方案79是包括根據(jù)實(shí)施方案61至76所述的鐵電膜中的任何一種的裝置，其中所述裝置是智能卡、rfid卡或標(biāo)簽、壓電傳感器、壓電換能器、壓電致動器、熱電傳感器、存儲裝置、非易失性存儲單元、獨(dú)立存儲單元、固件、微控制器、陀螺儀、聲學(xué)傳感器、致動器、微型發(fā)電機(jī)、電源電路、電路耦合和去耦裝置、射頻濾波裝置、延遲電路、射頻調(diào)諧器、被動紅外傳感器、紅外成像陣列或指紋傳感器。

環(huán)境溫度是指周圍環(huán)境或房間的溫度。例如，環(huán)境室溫是房間的溫度，通常為15℃至30℃，優(yōu)選23℃至27℃。

在本發(fā)明的上下文中使用的術(shù)語“電極”或“接觸件”是指耦合至組件以向所述組件提供電接觸點(diǎn)的導(dǎo)電材料。例如，在某些實(shí)施方案中，裝置可以在絕緣體材料，例如鐵電層的相對側(cè)上包括兩個電極。

在本發(fā)明的上下文中使用的術(shù)語“下電極”或“底電極”或“互連件”是指定位于最靠近支撐襯底的組件的一側(cè)上的導(dǎo)電材料。

在本發(fā)明的上下文中使用的術(shù)語“上電極”或“頂電極”是指定位于離支撐襯底最遠(yuǎn)的組件的一側(cè)上的電極。盡管在此處定義了并在整個公開書中描述了“底電極”和“頂電極”，但所述術(shù)語可以互換，例如當(dāng)裝置與支撐襯底分離時(shí)。

術(shù)語“鐵電物質(zhì)”包括表現(xiàn)出例如在零施加的電場下保持殘余電場極化的性質(zhì)的所有有機(jī)和無機(jī)材料。

短語“聚合物共混物”包含通過用于制備聚合物共混物的任何已知技術(shù)共混在一起的至少兩種聚合物。此類技術(shù)包括使用常用溶劑的溶液共混或熔融共混擠出，在熔融共混擠出中將組分在高于聚合物熔點(diǎn)的溫度下共混，隨后將所得混合物擠出成顆?；蛑苯訑D出成片或任何其它合適的形式。螺桿擠出機(jī)或研磨機(jī)通常用于熔融共混聚合物。還應(yīng)理解，聚合物的共混物可以是簡單的粉末混合物，條件是在制備本發(fā)明的鐵電聚合物的過程之前或期間對共混物進(jìn)行均化處理。因此，例如，在鐵電聚合物于螺桿式注射成型機(jī)中由至少兩種聚合物形成的情況下，螺桿料斗的進(jìn)料可以是兩種聚合物的簡單混合物，因?yàn)榭梢栽跈C(jī)器的螺桿部分中獲得共混物。

術(shù)語“聚合物”包括低聚物(例如，具有2至10個單體單元或2至5個單體單元的聚合物)和聚合物(例如，具有大于10個單體單元的聚合物)。

術(shù)語“約”或“大約”如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的那樣被定義為接近于，并且在一個非限制性實(shí)施方案中，所述術(shù)語被定義為在10％以內(nèi)，優(yōu)選在5％以內(nèi)，更優(yōu)選在1％以內(nèi)，最優(yōu)選在0.5％以內(nèi)。

術(shù)語“基本上”及其變化形式如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的那樣被定義為在很大程度上但不一定完全如所說明的，并且在一個非限制性實(shí)施方案中，基本上是指在10％以內(nèi)、在5％以內(nèi)、在1％以內(nèi)或在0.5％以內(nèi)的范圍。

當(dāng)在權(quán)利要求書和/或說明書中使用時(shí)，術(shù)語“抑制”或“降低”或“防止”或“避免”或這些術(shù)語的任何變化形式包括任何可測量的降低或完全抑制以實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果。

當(dāng)術(shù)語“有效的”在說明書和/或權(quán)利要求書中使用時(shí)，所述術(shù)語是指足以實(shí)現(xiàn)期望的、預(yù)期的或想要的結(jié)果。

當(dāng)在權(quán)利要求書或說明書中與術(shù)語“包含”結(jié)合使用時(shí)，詞語“一(a或an)”的使用可意指“一種(個)”，但其也與“一種(個)或多種(個)”、“至少一種(個)”和“一種(個)或超過一種(個)”的含義一致。

詞語“包含”(和包含的任何形式)、“具有”(和具有的任何形式)、“包括”(和包括的任何形式)或“含有”(和含有的任何形式)是包括性的或開放式的，且不排除額外的、未述及的要素或方法步驟。

本發(fā)明的方法可“包含”整個說明書中所公開的特定成分、組分、組合物等，“基本上由其組成”或“由其組成”。關(guān)于過渡性短語“基本上由……組成”，在一個非限制性方面中，本發(fā)明的基本和新穎特征是具有鐵電滯后性質(zhì)和可接受的表面形態(tài)的鐵電膜的制備，所述鐵電膜可以在環(huán)境條件下制備而不需要控制環(huán)境的濕度和溫度。此外，本發(fā)明的方法不需要使用待與組合物共混的非鐵電聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma))、不需要電場極化、控制退火期間的冷卻和加熱速率和/或使用添加劑。

根據(jù)以下附圖、詳細(xì)描述和實(shí)施例，本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。然而，應(yīng)當(dāng)理解，附圖、詳細(xì)描述和實(shí)施例在指示本發(fā)明的具體實(shí)施方案時(shí)，僅以說明的方式給出，并不意味著限制。還可以設(shè)想，來自一些方面的特征可以與來自其它方面的特征組合。另外，可以設(shè)想，根據(jù)該詳細(xì)描述，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的變化和修改將變得顯而易見。

圖式簡單說明

圖1是制備本發(fā)明的有機(jī)鐵電薄膜的示意圖。

圖2是可以通過本發(fā)明的方法和設(shè)備控制的鐵電裝置的二維截面圖。

圖3a至3d是可以通過本發(fā)明的方法和設(shè)備控制的各種鐵電薄膜晶體管的四種配置的示意圖。

圖4是使用本發(fā)明的鐵電裝置的半導(dǎo)體晶片或電子裝置中的電路的執(zhí)行的示意圖。

圖5是可以有利地使用本發(fā)明的鐵電裝置的示例性無線通信系統(tǒng)的執(zhí)行的示意圖。

圖6是包括本發(fā)明的鐵電裝置的電子電路的示意圖。

圖7是用于操作包括本發(fā)明的鐵電裝置的能量存儲電路的方法的流程圖。

圖8是使用本發(fā)明的鐵電裝置的壓電傳感器電路的示意圖。

圖9是本發(fā)明的具有壓電層的鐵電裝置的二維截面圖。

圖10是本發(fā)明的具有熱電材料的鐵電裝置的二維截面圖。

圖11描繪了透過本發(fā)明的鐵電膜和比較例鐵電膜觀看的具有以英語和阿拉伯語書寫的kingabdullahuniversityscienceandtechnology(kaust)標(biāo)志的材料的光學(xué)圖像。

圖12a描繪了按雙對數(shù)比例的本發(fā)明的鐵電膜的吸光度(a.u.)對波長(nm)的圖。

圖12b描繪了按雙對數(shù)比例的比較例鐵電膜的鐵電膜的吸光度(a.u.)對波長(nm)的圖。

圖13(a-e)描繪了本發(fā)明的鐵電膜(c-e)和比較例鐵電膜(a-b)的掃描電子顯微鏡圖像。

圖14a描繪了本發(fā)明的鐵電膜的吸光度對波數(shù)(cm^-1)的圖。

圖14b描繪了比較例鐵電膜的吸光度對波數(shù)(cm^-1)的圖。

圖15是本發(fā)明的鐵電裝置的極化(uc/cm²)對電場(mv/m)的圖。

具體實(shí)施方式

期望在環(huán)境條件下(即，環(huán)境的溫度、氣壓和濕度沒有被設(shè)定/控制)制備具有鐵電滯后性質(zhì)的鐵電膜。在環(huán)境條件下處理這種膜的先前嘗試導(dǎo)致對于用于微電子裝置中而言欠佳的表面形態(tài)、欠佳的光學(xué)品質(zhì)和欠佳的厚度。這導(dǎo)致使用非環(huán)境條件和/或使用聚合物共混物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma))、電場極化、控制退火期間的冷卻和加熱速率和/或使用添加劑。

通過比較，本發(fā)明的發(fā)現(xiàn)允許在環(huán)境條件下通過控制待處理成膜的組合物的溫度和所得膜的厚度來處理納米級鐵電膜。特別地，發(fā)現(xiàn)在沉積至襯底上期間將包含其中溶解有有機(jī)鐵電聚合物的溶劑的組合物加熱至75℃或更高，隨后退火(可在退火之前保持組合物的溫度)，得到具有合乎需要的光學(xué)性質(zhì)和表面形態(tài)的有機(jī)鐵電膜。此外，通過將所得膜的厚度維持在400nm或更小，光學(xué)性質(zhì)可通過提高膜的透明度而進(jìn)一步改善。

本發(fā)明的這些和其它非限制性方面在以下部分中進(jìn)一步詳細(xì)討論。

a.組合物

用于制備本發(fā)明的鐵電膜的組合物包含有機(jī)鐵電聚合物或此類聚合物的組合以及溶解所述聚合物的溶劑或溶劑的組合。另外，如果需要，組合物中可以包含添加劑和非鐵電聚合物。所使用的聚合物的量是足以產(chǎn)生具有滯后性質(zhì)的膜并且在退火組合物之前保留在溶液中的量。僅作為實(shí)例，該量可以包括至多50重量％，優(yōu)選至多25重量％，更優(yōu)選至多13重量％，最優(yōu)選3重量％至12重量％的鐵電聚合物。另外，組合物可以配制成溶液、凝膠體或熔融體。溶液是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兛梢匀菀椎赜糜诨谌芤旱奶幚砑夹g(shù)(例如，優(yōu)選的(例如，旋涂法、線棒涂布法、刮刀法或輥對輥法)，其中旋涂是特別優(yōu)選的。

鐵電聚合物的非限制性實(shí)例包括基于pvdf的聚合物、基于聚十一烷酰胺(尼龍11)的聚合物或者基于pvdf的聚合物或基于聚十一烷酰胺(尼龍11)的聚合物的共混物。基于pvdf的聚合物可以是均聚物、共聚物或三元共聚物，或者其共混物?；趐vdf的均聚物聚合物的非限制性實(shí)例是pvdf。基于pvdf的共聚物的非限制性實(shí)例是聚(偏二氟乙烯-四氟乙烯)(pvdf-trfe)、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)(pvdf-hfp)、聚(偏二氟乙烯-氯三氟乙烯)(pvdf-ctfe)或聚(偏二氟乙烯-氯氟乙烯)(pvdf-cfe)?；趐vdf的三元共聚物的非限制性實(shí)例包括聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯三氟乙烯)(pvdf-trfe-ctfe)或聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯)(pvdf-trfe-cfe)。鐵電聚合物可以與非鐵電聚合物共混。非鐵電聚合物的實(shí)例包括聚(苯醚)(ppo)、聚苯乙烯(ps)或聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)，或者其共混物。優(yōu)選的聚合物是pvdf或pvdf-trfe，或者其組合。

可以用于溶解鐵電聚合物的溶劑和它們各自的沸點(diǎn)(℃)的非限制性實(shí)例在下表1中提供。溶劑可以從任何合適的來源獲得，例如也可以使用這些溶劑的組合。沸點(diǎn)為118℃的二醇醚的非限制性實(shí)例是丙二醇單甲醚。

表1

組合物可以通過在環(huán)境條件下在連續(xù)混合下將鐵電聚合物加入溶劑中直至獲得均勻的溶液來制備。組合物可以用爐、烘箱、熱板或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何其它加熱源加熱至至少75℃且最高到溶劑的沸點(diǎn)。值得注意的是，在使用沸點(diǎn)低于75℃的溶劑(例如四氫呋喃或丙酮)的情況下，優(yōu)選將這些溶劑與沸點(diǎn)為75℃或更高的溶劑組合使用。

b.鐵電膜的制備

參考圖1，描繪了制備薄鐵電膜的示意圖。有機(jī)鐵電聚合物材料102(例如，在整個說明書中描述的聚合物)可以溶解在溶劑104中以形成溶液106。鐵電聚合物材料的溶解可以在室溫(例如20℃至25℃)至低于75℃下進(jìn)行。這個溶解步驟也可以使用低于20℃和高于75℃的溫度。溶液的溫度可以升高至高于75℃，但低于溶劑的沸點(diǎn)。例如，可以將溶液加熱至高于75℃至258℃或75℃至200℃，優(yōu)選高于75℃至150℃，最優(yōu)選80℃至120℃。如先前所述，加熱溶液106可以抑制水從環(huán)境進(jìn)入溶液中。溶液106可以通過旋涂、噴涂、超聲噴涂、輥對輥涂布、噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷、滴鑄、浸涂、mayer棒涂布、凹版涂布、槽模涂布、刮刀涂布、擠出涂布、柔版印刷、凹版印刷、膠版印刷、旋轉(zhuǎn)絲網(wǎng)印刷、平面絲網(wǎng)印刷、噴墨、激光燒蝕或其任何組合沉積于襯底108上。優(yōu)選使用旋涂。在本發(fā)明的一些方面中，沉積(例如旋涂)期間的氣氛保持在0％至最高50％、25％至45％或30％至40％的濕度水平。襯底108可以是適于支撐鐵電膜或制造鐵電裝置的任何材料，并且將在以下段落中詳細(xì)討論?？刂瞥练e期間的濕度與將溶液加熱至目標(biāo)溫度的組合抑制了有機(jī)鐵電薄膜形成期間水的進(jìn)入。然而，本發(fā)明的方法可以在環(huán)境條件下在不控制制造膜的房間或環(huán)境的濕度、溫度或壓力的情況下實(shí)施?？梢赃x擇溶液106的濃度和沉積至襯底108上的條件，以在襯底上形成厚度小于400nm、優(yōu)選厚度為140nm至300nm的聚合物膜。襯底108可以加熱至和/或保持在80℃、70℃、50℃、20℃或更低的溫度。在本發(fā)明的一些方面中，可以將襯底108加熱至合乎需要的溫度，然后在沉積期間停止加熱。例如，可以將襯底加熱至與溶液溫度大致相同的溫度，然后停止加熱。在本發(fā)明的一優(yōu)選方面中，襯底108未被加熱，而是在環(huán)境溫度下使用。值得注意的是，根據(jù)本發(fā)明可以處理更厚的膜(例如，大于400nm，大于450nm，大于500nm，大于550nm，大于600nm，大于700nm，大于800nm，大于900nm，大于1000nm)。例如，加熱的具有合乎需要的濃度的溶液106可以施加在以低速旋轉(zhuǎn)或者根本不旋轉(zhuǎn)的襯底108的中心。然后，可以高速旋轉(zhuǎn)襯底108，以通過離心力使溶液106擴(kuò)散并使溶劑104從襯底蒸發(fā)掉。襯底108的旋轉(zhuǎn)可以繼續(xù)，直至溶液106旋轉(zhuǎn)離開襯底108的邊緣，以形成厚度小于500nm的有機(jī)鐵電聚合物膜110。將聚合物沉積至襯底上形成堆疊112，其包括襯底108和聚合物膜110。可以通過調(diào)節(jié)溶劑中聚合物的濃度來控制膜110的厚度。例如，可使用具有約5重量％至10重量％或優(yōu)選約8.2重量％的聚合物106的溶液106來制備100nm的膜?？墒褂镁哂屑s4.5重量％至5.0重量％或優(yōu)選約4.9重量％的聚合物106的溶液106來制備140nm的膜?？墒褂镁哂屑s5.5重量％至6.5重量％或優(yōu)選約6.1重量％的聚合物106的溶液106來制備200nm的膜?？墒褂镁哂屑s7.0重量％至8.0重量％或優(yōu)選約8.1重量％的聚合物106的溶液106來制備300nm的膜。溶液106在沉積期間的溫度保持在80℃至120℃，90℃至110℃，或110℃至120℃。在本發(fā)明的一優(yōu)選方面中，溶液的溫度保持在105℃至120℃。堆疊112可以在約100℃至160℃、或110℃至150℃、或120℃至140℃的溫度下被加熱(退火)，以將有機(jī)鐵電膜110轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂需F電滯后性質(zhì)的鐵電膜114(例如，將pvdf型聚合物從α-多晶型物轉(zhuǎn)變?yōu)棣?多晶型物)。用于退火步驟的熱源可以是標(biāo)準(zhǔn)的烘箱或熱板。用于退火步驟的時(shí)間范圍可以是足以產(chǎn)生具有鐵電滯后性質(zhì)的膜的大量時(shí)間(例如，5至60分鐘或更長時(shí)間)。加熱溶液后一直到退火的總時(shí)間可以為約60分鐘或更長時(shí)間。

如上所述，本發(fā)明的方法也可以用于獲得目標(biāo)表面形態(tài)或表面粗糙度以及獲得目標(biāo)光學(xué)性質(zhì)。作為實(shí)例，可以選擇溶劑/鐵電聚合物組合物106的溫度，以制備具有目標(biāo)粗糙度的具有鐵電性質(zhì)的有機(jī)鐵電薄膜。制備具有不同表面形態(tài)的膜的能力允許膜用于各種襯底上。例如，具有粗糙表面和可接受的光學(xué)性質(zhì)的膜可以用于具有平滑表面的襯底例如玻璃襯底或聚合物襯底上。膜的粗糙度有助于膜與平滑玻璃襯底的表面的摩擦耦合。在本發(fā)明的一個方面中，在有機(jī)鐵電聚合物溶解之后并且在沉積至襯底上之前溶液的溫度被選擇以允許合乎需要的量的水進(jìn)入溶液中。在本發(fā)明的某些方面中，溶液106可以加熱至約100℃的溫度并使用整個說明書中所述的方法沉積于襯底108上，以制備具有平滑表面粗糙度(例如，如通過原子力顯微鏡檢查(afm)所測量的，約10nm的表面粗糙度)且具有合乎需要的光學(xué)性質(zhì)(例如，當(dāng)按雙對數(shù)比例繪制時(shí)，在300nm至1000nm的波長下，鐵電膜可以具有10^-1a.u.或更小的吸光度)的有機(jī)鐵電薄膜114。如果具有大于10nm的表面粗糙度的鐵電薄膜合乎需要，則溶液106可以加熱至約80℃至90℃并使用整個說明書中所述的方法沉積于襯底108上，以制備厚度小于500nm，更優(yōu)選140nm至300nm，通過afm測定的表面粗糙度為約20nm且具有合乎需要的光學(xué)性質(zhì)的有機(jī)鐵電膜114。c.鐵電裝置

含有具有鐵電滯后性質(zhì)的有機(jī)鐵電薄膜114的堆疊116可用于制造鐵電裝置。鐵電裝置可以是鐵電電容器、鐵電晶體管或鐵電二極管。在本發(fā)明的一些方面中，鐵電裝置用于熱電應(yīng)用和壓電應(yīng)用中。圖2和圖3分別提供了鐵電裝置的鐵電組件的視圖。根據(jù)本發(fā)明的方法，這些裝置可以集成到存儲裝置中并由存儲控制器或其它裝置操作。參考圖2，描繪了本發(fā)明的鐵電裝置200的二維截面圖。裝置200可以包括襯底108、有機(jī)鐵電薄膜114，以及在鐵電膜114之前預(yù)先沉積于108上的下電極或互連件202(例如，襯底108包括互連層202)。上電極或接觸件204可以沉積在鐵電膜114上以產(chǎn)生鐵電裝置200。盡管示出共享鐵電膜114和下電極202，但鐵電膜114和下電極202可以被圖案化以形成完全獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。鐵電裝置200可以通過在導(dǎo)電電極202和導(dǎo)電電極204之間形成鐵電膜而在襯底108上制造。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其它材料、層和涂層(未示出)可以與鐵電裝置200一起使用，其中一些在下面描述?？梢酝ㄟ^圖案化例如圖案化上電極204來制造鐵電組件的陣列?？梢杂糜谛纬纱鎯ζ麝嚵械钠渌F電組件可以是鐵電晶體管(fefet)，例如圖3a-3d中所示的。圖3a至3d代表各種場效應(yīng)晶體管，其具有可以集成到存儲裝置中的薄膜晶體管300的所描繪的不同配置。

本發(fā)明的鐵電裝置，例如圖2和圖3中所描繪的那些，據(jù)稱具有“記憶”，因?yàn)樵诹闶┘与妷合?，它具有兩個不會衰減至零的殘余極化狀態(tài)。這些極化狀態(tài)可用于表示存儲的值，例如二進(jìn)制0或1，并且通過在電極202和電極204之間施加感測電壓并測量在電極202和電極204之間流動的電流來讀取。可以測量將極化狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至相反狀態(tài)所需要的電荷量，并顯示出之前的極化狀態(tài)。這意味著讀取操作改變極化狀態(tài)，并且可以隨之以相應(yīng)的寫入操作，以便通過再次改變極化狀態(tài)來回寫存儲的值。

襯底108可以用作支撐體。襯底108可以由不易被熱或有機(jī)溶劑改變或降解的材料制成。此類材料的非限制性實(shí)例包括無機(jī)材料例如硅、塑料、紙、紙幣襯底，其包括聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚醚酰亞胺、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚醚酰亞胺或包含此類聚合物的聚合物共混物。襯底可以是柔性的或非柔性的。本文所述的鐵電裝置可以在所有類型的襯底上制造，包括具有低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(tg)的那些(例如聚對苯二甲酸乙二酯(pet)、聚乙烯(pe)、聚氯乙烯(pvc)、聚苯乙烯(ps)或聚丙烯(pp))。

下電極或互連件202可以由導(dǎo)電材料制成。通常，下電極202可以通過使用這種材料形成膜(例如，真空沉積、濺射、離子電鍍、電鍍、涂布等)來獲得?？捎糜谛纬赡さ膶?dǎo)電材料的非限制性實(shí)例包括金、鉑、銀、鋁和銅、銥、氧化銥等。另外，導(dǎo)電聚合物材料的非限制性實(shí)例包括導(dǎo)電聚合物(例如pedot:pss、聚苯胺、石墨烯等)，以及通過包含導(dǎo)電微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)(例如銀納米線)而導(dǎo)電的聚合物。用于下電極202的膜的厚度通常為20nm至500nm，但在本發(fā)明的上下文中其它尺寸和范圍也被考慮使用。在本發(fā)明的一些方面中，襯底108和下電極202作為一個單元從商業(yè)來源獲得。

上電極或接觸件204可以通過例如透過蔭罩的熱蒸發(fā)來被配置于薄鐵電膜114上，以形成堆疊308。上電極204的膜厚度通常為20nm至500nm，或50nm至100nm。在一些實(shí)施方案中，上電極204使用噴涂、超聲噴涂、輥對輥涂布、噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷、滴鑄、旋涂、浸涂、mayer棒涂布、凹版涂布、槽模涂布、刮刀涂布、擠出涂布或其任何組合沉積于前體材料302上。用于上電極204的材料可以是導(dǎo)電的。此類材料的非限制性實(shí)例包括金屬、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物(例如聚苯胺、聚噻吩等)以及通過包含導(dǎo)電微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)而導(dǎo)電的聚合物。另外，導(dǎo)電聚合物材料的非限制性實(shí)例包括導(dǎo)電聚合物(例如pedot:pss、聚苯胺、石墨烯等)，以及通過包含導(dǎo)電微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)(例如金納米線)而導(dǎo)電的聚合物。上電極204可以是由各自具有不同功函數(shù)的材料形成的單層或?qū)訅簩?。此外，它可以是一種或多種材料的合金，所述材料具有低功函數(shù)并且其中至少一種選自由金、銀、鉑、銅、錳、鈦、鈷、鎳、鎢和錫所組成的組。合金的實(shí)例包括鋰鋁合金、鋰鎂合金、鋰銦合金、鎂-銀合金、鎂-銦合金、鎂-鋁合金、銦-銀合金和鈣-鋁合金。上電極204的膜厚度通常為20nm至500nm，或50nm至100nm。在一些實(shí)施方案中，頂電極108使用噴涂、超聲噴涂、輥對輥涂布、噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷、滴鑄、旋涂、浸涂、邁耶棒涂布、凹版涂布、槽模涂布、刮刀涂布、擠出涂布或其任何組合沉積于鐵電膜114上。

d.鐵電裝置的應(yīng)用

本發(fā)明的鐵電裝置中的任何一種可用于各種技術(shù)和裝置中，包括但不限于：智能卡、rfid卡/標(biāo)簽、壓電傳感器、壓電換能器、壓電致動器、熱電傳感器、存儲裝置、非易失性存儲器、獨(dú)立存儲器、固件、微控制器、陀螺儀、聲學(xué)傳感器、致動器、微型發(fā)電機(jī)、電源電路、電路耦合和去耦、射頻濾波、延遲電路、射頻調(diào)諧器、被動紅外傳感器(“人檢測器”)、紅外成像陣列和指紋傳感器。如果在存儲器(包括固件)中執(zhí)行，功能可以作為計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的一個或多個指令或代碼存儲在鐵電裝置中。實(shí)例包括用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和用計(jì)算機(jī)程序編碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括物理計(jì)算機(jī)存儲介質(zhì)。上述的組合也應(yīng)包括在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。

在許多這些應(yīng)用中，通常使用薄膜，因?yàn)檫@允許用適當(dāng)?shù)碾妷簛韺?shí)現(xiàn)切換極化所需的場。盡管已經(jīng)提出了一些具體的電路，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，并不是所有公開的電路都是實(shí)施本公開所需要的。此外，沒有描述某些眾所周知的電路，以將重點(diǎn)放在本公開上。

圖4是描繪了根據(jù)一個實(shí)施方案的半導(dǎo)體晶片或電子裝置中的集成電路的執(zhí)行的示意圖。在一種情況下，可以在晶片402中找到鐵電裝置200(例如，作為電容器、晶體管或二極管)。晶片402可以被切割成一個或多個可含有鐵電裝置200的晶粒。另外，在切割之前，晶片402可經(jīng)歷進(jìn)一步的半導(dǎo)體制造。例如，晶片402可以結(jié)合到載體晶片、封裝體區(qū)域、第二晶片，或者轉(zhuǎn)移至另一制造設(shè)備?；蛘?，諸如個人計(jì)算機(jī)的電子裝置404可以包括其中包括鐵電裝置200的存儲裝置406。另外，電子裝置404的其它部分可以包括鐵電裝置200，例如中央處理單元(cpu)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)、圖形處理單元(gpu)、微控制器或通信控制器。

圖5是示出可以有利地使用本公開的實(shí)施方案的示例性無線通信系統(tǒng)500的框圖。為了說明的目的，圖5示出了三個遠(yuǎn)程單元502、504和506以及兩個基站508。應(yīng)認(rèn)識到，無線通信系統(tǒng)可以具有更多的遠(yuǎn)程單元和基站。遠(yuǎn)程單元502、遠(yuǎn)程單元504和遠(yuǎn)程單元506包括電路裝置503a、電路裝置503c和電路裝置503b，其可以包括集成電路或可印刷電路板，所述集成電路或可印刷電路板包括所公開的鐵電裝置，例如通過本發(fā)明的方法制造的鐵電裝置。應(yīng)認(rèn)識到，含有集成電路或可印刷電路板的任何裝置也可以包括本文所公開的鐵電裝置，包括基站、開關(guān)裝置和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。圖5示出了從基站508到遠(yuǎn)程單元502、遠(yuǎn)程單元504和遠(yuǎn)程單元506的前向鏈路信號510以及從遠(yuǎn)程單元502、遠(yuǎn)程單元504和遠(yuǎn)程單元506到基站508的反向鏈路信號512。

遠(yuǎn)程單元502被示為移動電話，遠(yuǎn)程單元506被示為便攜式計(jì)算機(jī)，并且遠(yuǎn)程單元504被示為無線本地環(huán)路系統(tǒng)中的固定位置遠(yuǎn)程單元。例如，遠(yuǎn)程單元可以是移動電話、手持式個人通信系統(tǒng)(pcs)單元、諸如個人數(shù)據(jù)助理的便攜式數(shù)據(jù)單元、啟用gps的裝置、導(dǎo)航裝置、機(jī)頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、固定位置數(shù)據(jù)單元例如抄表設(shè)備、平板電腦或者存儲或檢索數(shù)據(jù)或計(jì)算機(jī)指令的任何其它裝置，或其任何組合。盡管圖5示出了根據(jù)本公開的教導(dǎo)的遠(yuǎn)程單元，但本公開并不限于這些示例性示出的單元。本公開的實(shí)施方案可以適當(dāng)?shù)赜糜诎ㄍㄟ^本發(fā)明公開的方法制造的鐵電裝置100的任何裝置中。

鐵電組件，例如在整個本申請中描述的鐵電裝置可以作為存儲單元操作以存儲數(shù)據(jù)，例如信息、代碼或指令。例如，單個鐵電電容器可以存儲單個位的信息，例如“1”或“0”。該“1”或“0”值可以作為鐵電組件中的鐵電層的二元極化方向存儲。例如，當(dāng)鐵電層從上到下極化時(shí)，鐵電組件存儲“1”，并且當(dāng)鐵電層從下到上極化時(shí)，鐵電組件存儲“0”。該極化狀態(tài)的映射僅為一個實(shí)例。在本發(fā)明的不同實(shí)施方案中，可以使用不同的極化電平來表示“1”和“0”數(shù)據(jù)位。

e.操作鐵電存儲裝置的控制器以在鐵電存儲裝置的存儲單元中存儲多個位的信息

鐵電存儲裝置可以由上述鐵電存儲裝置的陣列構(gòu)造，其中每個裝置包括鐵電存儲單元?？梢酝ㄟ^耦合至多級鐵電存儲單元陣列的存儲控制器來控制對鐵電存儲裝置的讀取和寫入操作。下面描述在單個鐵電存儲單元中由控制器執(zhí)行以存儲信息的寫入操作的一個實(shí)例。方法可以包括接收用于寫入到尋址的鐵電存儲單元的位和地址。該位可以是例如“0”或“1”。然后，可以跨存儲單元的頂電極和底電極施加預(yù)定電壓的寫入脈沖。寫入脈沖可在鐵電存儲單元的鐵電層中產(chǎn)生一定程度的殘余極化。殘余極化影響鐵電存儲單元的特征，其可在稍后的時(shí)間測量以檢索存儲在鐵電存儲單元中的位。單元編程還可以包括寫入脈沖中的其它變化。例如，控制器可以產(chǎn)生多個寫入脈沖以施加至存儲單元以在鐵電層中獲得合乎需要的殘余極化。在一些實(shí)施方案中，控制器可以配置為采用寫入操作和驗(yàn)證操作。可以用選擇的寫入操作、所有寫入操作或不進(jìn)行寫入操作來執(zhí)行驗(yàn)證操作?？刂破鬟€可以執(zhí)行讀取操作以獲得存儲在鐵電存儲單元中的位。

在鐵電存儲單元的陣列中，陣列可以通過跨越存儲單元的行延伸的字線和跨越存儲單元的列延伸的位線來互連。存儲控制器可以操作字線和位線以從陣列中選擇特定的存儲單元，以根據(jù)接收自處理器或從存儲器陣列請求數(shù)據(jù)的其它組件的地址執(zhí)行讀取和/或?qū)懭氩僮?。然后，可以將適當(dāng)?shù)男盘柺┘又磷志€和位線以執(zhí)行合乎需要的讀取和/或?qū)懭氩僮鳌?/p>

f.作為去耦電容器和作為能量存儲裝置的操作

本發(fā)明的鐵電裝置，例如鐵電電容器可用于將電網(wǎng)(電路)的一部分與另一部分去耦。圖6是包括作為鐵電電容器的鐵電裝置200的電路600的示意圖。鐵電電容器200耦合至電源電壓線602和接地電壓線604。由電源電壓和接地電壓所產(chǎn)生的電源噪聲通過電容器分流，從而降低了電路606中的總電源噪聲。鐵電電容器200可以通過當(dāng)線路中的電壓下降時(shí)向電路提供釋放電荷來為裝置提供本地能量存儲。圖7是用于操作包括鐵電裝置200的能量存儲電路的方法的流程圖。當(dāng)來自主源的電功率不可用時(shí)，鐵電裝置200可以向消耗裝置提供電功率。圖7的方法700開始于框702，其中限定鐵電裝置的目標(biāo)能級。對于本發(fā)明的鐵電電容器，目標(biāo)能級可以是例如0.1μf至20μf。在限定目標(biāo)能級之后，在框704，將鐵電裝置200充電至所限定的能級。在框706，測量存儲在鐵電裝置200中的第一能量的量。當(dāng)存儲在鐵電裝置200中的第一能量的量達(dá)到目標(biāo)能級時(shí)，在框708處終止充電。在框710，當(dāng)來自主源(例如電壓源)的電功率不可用時(shí)，鐵電裝置200將能量釋放至消耗裝置(例如，智能電話、計(jì)算機(jī)或平板電腦)中。

圖8是在電路中使用鐵電裝置200作為壓電裝置的壓電傳感器電路的示意圖。當(dāng)壓電傳感器處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，由正離子和負(fù)離子形成的偶極子由于聚合物結(jié)構(gòu)的對稱性而彼此抵消，并且沒有觀察到電場。當(dāng)受壓時(shí)，聚合物變形，失去對稱性，產(chǎn)生凈偶極矩。偶極矩在整個聚合物上產(chǎn)生電場。材料產(chǎn)生與所施加的壓力成比例的電荷。如圖8中所示，壓電傳感器800包括鐵電裝置200作為傳感器的壓電組件。還可以設(shè)想，本發(fā)明的鐵電裝置200可以用作同一電路中的去耦裝置(例如，電容器)。圖9是鐵電裝置200與被用作壓電材料902的有機(jī)鐵電薄膜114的組合的二維截面圖。如圖9中所示，使用本說明書中所述的方法制造的壓電材料902可以被配置于壓電裝置中的下電極204和上電極202之間，并且當(dāng)受壓時(shí)產(chǎn)生凈偶極矩。使用本發(fā)明的鐵電裝置作為壓電裝置的方法包括向所述壓電裝置發(fā)送振動脈沖；將裝置電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并響應(yīng)于比較來調(diào)節(jié)振動脈沖。圖10是鐵電裝置200與被用作熱電材料1002的有機(jī)鐵電薄膜114的組合的二維截面圖。如圖10中所示，使用本說明書中所述的方法制造并且具有鐵電滯后性質(zhì)的熱電材料1002可以被配置于熱電裝置中的下電極202和上電極204之間，并且當(dāng)暴露于紅外光時(shí)將產(chǎn)生電荷。使用本發(fā)明的鐵電裝置作為熱電裝置的方法包括向所述熱電裝置發(fā)送加熱脈沖；將裝置電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并響應(yīng)于比較來調(diào)節(jié)加熱脈沖。

實(shí)施例

將通過具體實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。提供以下實(shí)施例僅用于說明目的，并不意圖以任何方式限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地識別可以改變或修改以產(chǎn)生基本上相同結(jié)果的各種非關(guān)鍵性參數(shù)。

實(shí)施例1(鐵電薄膜的制備)

使用以下方法來制造本發(fā)明的鐵電膜。

樣品1.使用80℃溶液將pvdf沉積在玻璃襯底上。將pvdf聚合物(0.082g)加入二甲基甲酰胺(dmf)(1ml)中，并加熱至80℃，以將pvdf聚合物溶解在溶劑中。將pvdf/溶劑溶液保持在80℃，并在50％的相對濕度下在4000rpm下旋轉(zhuǎn)澆鑄在玻璃襯底上以在玻璃襯底上形成膜。pvdf膜的厚度為250nm。

樣品2.使用100℃溶液將pvdf沉積在玻璃襯底上。將pvdf聚合物(0.082g)加入dmf(1ml)中，并加熱至100℃，以將pvdf聚合物溶解在溶劑中。將pvdf/溶劑溶液保持在100℃，并在50％的相對濕度下在4000rpm下旋轉(zhuǎn)澆鑄在玻璃襯底上以在玻璃襯底上形成膜。pvdf膜的厚度為320nm。

樣品3.使用120℃溶液將pvdf沉積在玻璃襯底上。將pvdf聚合物(0.082g)加入dmf(1ml)中，并加熱至120℃，以將pvdf聚合物溶解在溶劑中。將pvdf/溶劑溶液保持在120℃，并在50％的相對濕度下在4000rpm下旋轉(zhuǎn)澆鑄在玻璃襯底上以在玻璃襯底上形成膜。pvdf膜的厚度為340nm。

實(shí)施例2(比較例薄膜樣品的制備)

比較例樣品c1。使用室溫溶液將pvdf沉積在玻璃襯底上。將pvdf聚合物(0.082g)加入dmf(1ml)中。將pvdf/溶劑溶液在50％的相對濕度下在4000rpm下旋轉(zhuǎn)澆鑄在玻璃襯底上以在玻璃襯底上形成膜。pvdf膜的厚度為180nm。

比較例樣品c2。使用60℃溶液將pvdf沉積在玻璃襯底上。將pvdf聚合物(0.082g)加入dmf(1ml)中，并加熱至60℃，以將pvdf聚合物溶解在溶劑中。將pvdf/溶劑溶液保持在60℃，并在4000rpm下旋轉(zhuǎn)澆鑄在玻璃襯底上以在玻璃襯底上形成膜。pvdf膜的厚度為210nm。

比較例樣品c3。在玻璃襯底上制備400nm膜。將pvdf聚合物(0.097g)加入dmf(1ml)中，并加熱至100℃，以將pvdf聚合物溶解在溶劑中。將pvdf/溶劑溶液保持在100℃，并在50％的相對濕度下在4000rpm下旋轉(zhuǎn)澆鑄在玻璃襯底上以在玻璃襯底上形成膜。pvdf膜的厚度為450nm。

比較例樣品c4。在玻璃襯底上制備550nm膜。將pvdf聚合物(1.04g)加入dmf(1ml)中，并加熱至100℃，以將pvdf聚合物溶解在溶劑中。將pvdf/溶劑溶液保持在100℃，并在50％的相對濕度下在4000rpm下旋轉(zhuǎn)澆鑄在玻璃襯底上以在玻璃襯底上形成膜。pvdf膜的厚度為550nm。

比較例樣品c5。在玻璃襯底上制備650nm膜。將pvdf聚合物(1.13g)加入dmf(1ml)中，并加熱至100℃，以將pvdf聚合物溶解在溶劑中。將pvdf/溶劑溶液保持在100℃，并在50％的相對濕度下在4000rpm下旋轉(zhuǎn)澆鑄在玻璃襯底上以在玻璃襯底上形成膜。pvdf膜的厚度為650nm。

比較例樣品c6。在玻璃襯底上制備850nm膜。將pvdf聚合物(1.36g)加入dmf(1ml)中，并加熱至100℃，以將pvdf聚合物溶解在溶劑中。將pvdf/溶劑溶液保持在100℃，并在50％的相對濕度下在4000rpm下旋轉(zhuǎn)澆鑄在玻璃襯底上以在玻璃襯底上形成膜。pvdf膜的厚度為850nm。

實(shí)施例3(玻璃襯底上的膜的測試)

針對光學(xué)透明度和表面粗糙度對樣品a-c進(jìn)行分析。通過目視檢查透過樣品1-3所看到的標(biāo)志和使用紫外-可見吸收光譜法來測定光學(xué)透明度。

光學(xué)透明度。圖11描繪了透過樣品1-3觀看的具有以英語和阿拉伯語書寫的kingabdullahuniversityscienceandtechnology(kaust)標(biāo)志的材料的光學(xué)圖像。圖12a和圖12b是樣品1-3和比較例樣品c1-c3的按雙對數(shù)比例的吸光度(a.u.)對波長(nm)的圖。如圖11中所示，與比較例樣品c1和c2(室溫下的數(shù)據(jù)線c1，60℃下的數(shù)據(jù)線c1)相比，對于樣品1-3，kaust標(biāo)志的符號和字更鮮明并且清晰度更高。參考圖12a，樣品1-3(在80℃下的數(shù)據(jù)線s1，在100℃下的s2，以及在120℃下的s3)的吸光度小于10^-1a.u.，并且在300nm至1000nm下表現(xiàn)出干涉條紋。大部分吸光度(500nm至850nm)小于10^-1a.u.，這表明這些膜非常平滑，因?yàn)楫?dāng)膜厚度不均勻或表面粗糙時(shí)容易消除任何干涉效應(yīng)。比較例樣品c1和c2的吸光度為10a.u.至10^-1a.u.，并且如平滑的線條所示，沒有表現(xiàn)出任何干涉條紋。因此，c1和c2膜具有差的光學(xué)透明性，這與kaust標(biāo)志的視覺測試一致。圖12b是樣品1-3(數(shù)據(jù)線s1-s3)和比較例樣品c3-c6(數(shù)據(jù)線c3-c6)的按雙對數(shù)比例的吸光度(a.u.)對波長(nm)的圖。如圖12b中所示，隨著pvdf膜的厚度增加至大于400nm，膜表現(xiàn)出吸光度而不是干涉條紋，因此產(chǎn)生具有差(渾濁)的光學(xué)性質(zhì)的膜。

表面粗糙度。使用紫外-可見吸收和掃描電子顯微鏡技術(shù)來測定樣品1至3的表面粗糙度。這些膜太薄且平滑，以致于不能通過afm技術(shù)進(jìn)行量化。圖13是樣品1-3(分別為c-e)以及比較例樣品c1和c2(分別為a-b)的掃描電子顯微鏡圖像。樣品1-3具有20微米的比例尺，并且樣品具有100微米的比例尺。如圖13中所示，樣品1-3膜具有平滑的表面，表面上具有小裂紋至無裂紋(圖像中的灰色和黑色的差異為不可檢測的量)。比較例樣品c1和c2在表面上具有大的空隙(較暗區(qū)域之間的灰色區(qū)域)和不同的粒子形狀(暗區(qū)域)。

如圖12和圖13中所示，使用本發(fā)明的方法制備的樣品1-3產(chǎn)生與常規(guī)薄膜(比較例樣品c1和c2)相比更平滑的薄膜和更光學(xué)透明的膜。另外，使用本發(fā)明的方法制備的樣品1-3產(chǎn)生與在相同溫度下制備的較厚的膜(比較例樣品c3)相比光學(xué)上更透明的膜。

實(shí)施例4(硅/鉑襯底上的鐵電膜)

樣品4-6。將pvdf沉積在硅/鉑襯底上。使用與樣品1-3相同的方法來制備樣品4-6，除了使用硅/鉑襯底代替玻璃襯底。樣品4的pvdf膜厚度為250nm，樣品5的pvdf膜厚度為320nm，并且樣品6的pvdf膜厚度為340nm。

實(shí)施例5(硅/鉑襯底上的鐵電膜的比較實(shí)施例)

比較例樣品c7。使用室溫溶液將pvdf沉積在硅/鉑襯底上。將pvdf聚合物(0.82g)加入dmf(1ml)中。將室溫pvdf/溶劑溶液在室溫下在50％的相對濕度下在4000rpm下旋轉(zhuǎn)澆鑄在硅/鉑(si/pt)襯底上以在si/pt襯底上形成膜。pvdf膜的厚度為約1000nm，然而，通過sem檢查顯示膜中存在許多空隙(空白空間)。

比較例樣品c8。使用室溫溶液將pvdf沉積在硅/鉑襯底上。將pvdf聚合物(0.82g)加入dmf(1ml)中，并加熱至60℃，以將pvdf聚合物溶解在溶劑中。將pvdf/溶劑溶液保持在60℃，并在50％的相對濕度下在4000rpm下旋轉(zhuǎn)澆鑄在硅/鉑(si/pt)襯底上以在si/pt襯底上形成膜。膜的厚度為約1000nm，然而，通過sem檢查顯示膜中存在許多空隙(空白空間)。

實(shí)施例6(si/pt襯底上的鐵電膜的測試)

傅里葉變換紅外光譜(ft-ir)。使用ft-ir光譜對樣品4-6以及比較例樣品c7和c8進(jìn)行分析。圖14a和圖14b分別是樣品4-6(圖14a中的數(shù)據(jù)線s4-s6)以及c7和c8(圖14b中的數(shù)據(jù)線c7和c8)的吸光度對波數(shù)(cm^-1)的圖。所有的光譜均顯示鐵電特征峰(840cm^-1、1234cm^-1、1280cm^-1)。

實(shí)施例7(鐵電裝置)

使用樣品6來制備鐵電裝置。所制造的裝置具有以下結(jié)構(gòu)：au頂電極(90nm)/pvdf薄膜(250nm)/pt(底電極)/ti(5nm)/sio2(100nm)/si襯底。收集代表性的磁滯回線，并總結(jié)在圖15中。殘余極化和矯頑磁場分別為3.9uc/cm²和145mv/m。