Jonctions tunnel ferroélectriques à base de polymères PVDF

par Bobo Tian

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Brahim Dkhil.

Thèses en préparation à Paris Saclay en cotutelle avec Shanghai Institute of Technical Physics , dans le cadre de École doctorale Approches interdisciplinaires : fondements, applications et innovation (Palaiseau, Essonne) , en partenariat avec Laboratoire Structure Propriété et Modélisation des Solides (laboratoire) et de CentraleSupélec (2015-....) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 12-01-2015 .


  • Résumé

    Récemment, plusieurs groupes de recherche ont rapporté que les jonctions tunnel ferroélectriques (FTJs) présentent un effet d'électro-résistance géante à effet tunnel (TER), ce qui promet une voie pour surmonter l'obstacle de mémoires conventionnelles à accès ferroélectrique aléatoire (FeRAMs) ainsi que d'obtenir des densités gigabit en raison de leur mode de lecture capacitive. En outre, les FTJs ouvrent une nouvelle voie pour le contrôle à l'échelle nanométrique de la réponse électronique de spin lors de l'utilisation des métaux ferromagnétiques comme les électrodes. Bien que les preuves expérimentales suggèrent le TER est sans doute associé à la commutation de polarisation ferroélectrique, il y a encore quelques questions fondamentales à aborder. Par exemple, pour le moment, presque tous les systèmes de TER expérimentalement déclarés sont fondés sur des films ferroélectriques perovskite, cependant, comme un mécanisme purement électronique, l'effet de TER devrait exister dans tous les types de FTJs, peu importe si la barrière ferroélectrique est inorganique ou non. En outre, pour maintenir la stabilité des films ferroélectriques à base de pérovskites ferroélectriques à l'échelle nanométrique, des techniques expérimentales sophistiquées et des conditions de croissance essentielles sont généralement nécessaires, ce qui conduit inévitablement à un procédé de fabrication complexe et limitation de la production à grande surface de FTJs inorganiques. Les FTJs organiques, où la couche barrière ferroélectrique inorganique est remplacé par un matériau ferroélectrique organique, peuvent faire ressortir certains avantages, tels que flexible, facile à traiter et pas cher, etc. Ce sera sans aucun doute accélérer le processus d'application pratique des FTJs. En outre, les FTJs organiques peuvent ouvrir une nouvelle voie pour étudier le mécanisme de transport électronique des FTJs en raison des forces d'interaction interfaciale relativement simples, par exemple, les contraintes inter-faciales sont tellement faibles qu'ils ne peuvent pas être ignorés dans les FTJs organiques. Il est bien connu que le poly (fluorure de vinylidène) (PVDF) homopolymère et ses copolymères avec le trifluoroéthylène (P (VDF-TrFE)) sont ferroélectriques organiques solides, et la ferroélectricité bien peut rester dans l'épaisseur nanométrique. À ce jour, les FTJs à l'état solide et à base de PVDF ou P (VDF-TrFE) n'a pas encore été signalée et la physique fondamentale du TER FTJs organiques n'est pas toujours claire. Dans notre mémoire, nous faisons la recherche sur les TER FTJs organiques des films homopolymère LB à base de PVDF. De même, nous révélons la nature de mécanisme de transport électrique.

  • Titre traduit

    ferroelectric tunnel junctions based on PVDF polymers


  • Résumé

    Recently several groups have reported that the ferroelectric tunnel junctions (FTJs) demonstrates a giant tunneling electroresistance (TER) effect, which promises a path to overcome the impediment for the conventional ferroelectric random access memories (FeRAMs) to achieve gigabit densities owing to their capacitive readout mode. In addition, the FTJs open a new route for the nanoscale control of the spintronic response when using ferromagnetic metals as the electrodes. Although the experimental evidences suggest the TER is undoubtedly associated with the ferroelectric polarization switching, there are still some fundamental issues to be addressed. For instance, for the time being almost all the experimentally reported TER systems are based on perovskite ferroelectric films, however, as a purely electronic mechanism, the TER effect should exist in all types of FTJs, no matter whether the ferroelectric barrier is inorganic or not. Moreover, to maintain ferroelectric stability of perovskite based ferroelectric films at nanoscale, sophisticated experimental techniques and critical growth conditions are generally required, which inevitably results in a complex fabrication process and limitation of large-area production of inorganic FTJs. The organic FTJs, where the inorganic ferroelectric barrier layer is replaced by an organic ferroelectric material, can bring out some advantages, such as flexible, easy to process, cheap, etc. This will undoubtedly accelerate the practical application process of the FTJs. In addition, the organic FTJs may open a new path to investigate the electronic transport mechanism of the FTJs because of the relatively simple interfacial interaction forces, e.g., the interface stress is so weak that it can be ignored in the organic FTJs. It is well known that poly(vinylidene fluoride) (PVDF) homopolymer and its copolymers with trifluoroethylene (P(VDF-TrFE)) are robust organic ferroelectrics, and good ferroelectricity can remain in nanoscale thicknes. To date, solid state FTJs based on PVDF or P(VDF-TrFE) have not yet been reported and the fundamental physics of TER in organic FTJs is unclear. In our dissertation, we do research on TER in organic FTJs based on PVDF LB homopolymer films and reveal the nature of electric transport mechanism.