[发明专利]一种用液体大面积翻转铁电薄膜极化的装置及其应用

说明书

本发明公开了一种用液体大面积翻转铁电薄膜极化的装置，包括信号发生器、对电极、衬底、形成在衬底上的底电极、形成在底电极上的铁电薄膜、容器和液体；对电极、衬底、底电极和铁电薄膜均放置在容器内的液体中；底电极通过导线接地，底电极与导线连接处不与液体接触；对电极通过导线连接信号发生器；信号发生器置于容器外。本发明实现了大面积的铁电薄膜极化的全部来回翻转，且翻转过程不会破坏铁电薄膜表面结构。翻转转处理过程简便，易于实现，且成本低廉，便于工业的广泛应用。

技术领域

本发明涉及氧化物薄膜材料技术领域。更具体地，涉及一种用液体大面积翻转铁电薄膜极化的装置及其应用。

背景技术

铁电薄膜是一定的温度范围内，具有自发极化，且其自发极化方向可以随外电场方向的反向而反向的晶体薄膜。且因其具有良好的铁电性、压电性、热释电性、电光及非线性光学特性，在微电子学、光电子学、集成光学和微电子机械系统等领域有广泛的应用前景，成为目前国际上新型功能材料研究的热点之一。铁电存储技术是当前最有前景且先进的非易失性内存技术。它与其他非易失性存储器相比具有高读写速度、低能耗、高耐力和可伸缩性的优点。铁电存储技术是基于它的极化反转特性，例如铁电随机存取储存器(FeRAM)，它的工作原理就是通过铁电极化用二进制“0”和“1”进行编码达到存储信息的作用。

铁电薄膜在工业催化、微流系统、药物传输系统研究和环境保护污水处理等领域也有着重要的应用前景。例如，2012年Robert Ferris等人提出可以利用铁电薄膜在液体中实现药物输运的概念。由于装载药物受到不同的极化方向的静电力的不同，有不同的分解速率，可以制作成自主的独立的器件来实现控制和释放药物；铁电薄膜还可以促进污水的处理，利用铁电薄膜表面带电的性质可以促进对污水中的带电杂质的吸附，而且当吸附的杂质达到饱和时可以通过翻转铁电极化，“排出杂质”，实现重复使用；因此大面积处理、反转铁电薄膜的极化方向，成为铁电材料广泛应用的重要基础。

目前大面积反转铁电薄膜极化的方法主要是在铁电薄膜表面镀金属电极，外加电压反转铁电极化。但在薄膜表面镀金属电极破坏了铁电薄膜的表面结构，不利于铁电薄膜的功能表达实现，阻碍铁电薄膜的广泛应用。而且铁电薄膜表面结构不可避免的存在晶体缺陷，在表面镀电极加电会出现严重的漏电行为，无法实现大面积的整个铁电薄膜极化的翻转。因此，如何实现大面积的翻转铁电极化、且不会破坏铁电薄膜表面结构也是人们目前一直以来研究的一个重点。

因此，本发明提供了一种用液体大面积翻转铁电薄膜极化的装置及其应用。本发明的装置可以大面积翻转铁电薄膜极化，且不会破坏铁电薄膜表面结构。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用液体大面积翻转铁电薄膜极化的装置。本装置实现了大面积的铁电薄膜极化的全部来回翻转，且翻转过程不会破坏铁电薄膜表面结构。

本发明的第二个目的在于提供一种用液体大面积翻转铁电薄膜极化的装置的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种用液体大面积翻转铁电薄膜极化的装置，包括信号发生器、对电极、衬底、形成在衬底上的底电极、形成在底电极上的铁电薄膜、容器和液体；所述对电极、衬底、底电极和铁电薄膜均放置在容器内的液体中；所述底电极通过导线接地，所述底电极与导线连接处不与液体接触；所述对电极通过导线连接信号发生器；所述信号发生器置于容器外。本发明中信号发生器产生与铁电薄膜极化方向相反的外加电压，对电极与形成在衬底上的底电极用于产生与铁电薄膜极化相反的电场，液体用于产生集聚在铁电薄膜表面形成与极化方向相反的电场的正负电荷。

优选地，所述液体为去离子水，去除其他杂质离子，减少污染。

优选地，所述铁电薄膜的制备方法为脉冲激光沉积方法，采用该方法可以生长高质量的在衬底上外延的单晶铁电薄膜及异质结构。