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有机电子器件正在快速发展，例如柔性光电池，可卷曲显示器或电子纸等。其未来的发展和集成将需要一个简单的，非易失的，低功耗的有机存储器，这些存储器可以电驱动的写入，擦除和读出。我的博士论文围绕铁电聚合物极化反转机理以及基于铁电聚合物超薄膜的铁电隧道结展开，取得的主要结果如下: 1.发现了三元弛豫铁电聚合物极化反转的新机理:P(VDF-TrFE-CFE)三元聚合物薄膜的弛豫-铁电相变发生在280K到250 K，在其铁电相，其铁电极化强度小于P(VDF-TrFE)，并且出现弛豫现象。P(VDF-TrFE-CFE)三元聚合物薄膜中的极化反转动力学涉及反向畴成核过程，但是在高频电场下，其极化反转过程不同于传统反向畴成核、扩张模型，这种异常现象归因于其特殊的弱极性TTTG'结构。 2.证实了二元铁电聚合物极化反转动力学过程由二维畴壁蠕动控制:通过利用脉冲瞬态电流的方法，证实了P(VDF-TrFE)二元聚合物薄膜中的铁电极化反转动力学取决于二维的铁电畴壁蠕动过程。利用变温X射线衍射技术，发现“TrFE”单元的引入导致P(VDF-TrFE)薄膜的部分β相在β弛豫温度附近发生从全反构型到螺旋构型的铁电-顺电相变行为。这些铁电退化行为发生在晶粒界面以及“TrFE”单元周围。 3.发现了纯PVDF聚合物超薄膜的铁电特性:借助朗缪尔-布洛杰特(Langmuir-Blodgett，LB)技术，成功地制备了铁电的PVDF超薄膜。利用高灵敏度压电响应力显微镜表明1层和2层的PVDF超薄膜依旧展现出很好的铁电性，其铁电极化可以在小电压下重复反转。这项工作相比以前对P(VDF-TrFE)的二维铁电性报道有重要意义:纯PVDF聚合物薄膜具有更高的铁电极化强度，更高的居里温度和更高的耐击穿电压。不同于反向畴成核、扩张模型，纯PVDF聚合物超薄膜的铁电极化在电场下均匀地本征反转。 4.发现极化反转调控的直接量子隧穿:制备了亚微米尺寸的电容器结构器件，其中以LB方法制作的PVDF超薄膜作为铁电势垒，以金和钨金属做两端电极。铁电层厚度为8.8纳米的器件和厚度为2.2纳米和4.4纳米的器件分别显示了电致阻变效应和隧穿电致阻变效应，并且这些阻变效应的阻态比在室温下都达到了1000％。这提供了一种对有机铁电势垒的铁电极化状态进行编码并通过读取隧穿电流而获得存储信息的非易失性存储器。研究结果为在硅或者柔性衬底上实现低成本、大尺寸阵列集成的有机FTJs开创了路径。 5.深入分析了铁电极化调控隧穿电流机理:通过进一步分析这些阻变效应的物理机制，发现在8.8纳米厚的、钨为上电极的电容器中，极化电荷对其能量势垒的调控行为与传统静电势模型相反，而在2.2纳米和4.4纳米厚的、金为上电极的电容器中，极化电荷对其能量势垒的调控行为与传统静电势模型相同。通过提出新的“空间电荷”模型解释了这一“矛盾”现象。钨电极是通过电子束诱导沉积方法制备，当钨作为器件的上电极时，PVDF超薄膜不可避免的要受到电子束辐照进而引入缺陷电荷态。相反，金电极是通过一种非常柔和的热蒸发方法制备。金为上电极时，PVDF薄膜几乎不受到损害，并且在PVDF和金之间形成干净的界面。利用金属-半导体整流理论，给出了空间电荷效应的解析表达式，并且很好的解释了观测到的电致阻变效应。此外，通过计算氧化物中缺陷引入的电荷态，进一步把这个空间电荷模型扩展到一般的金属-铁电-金属结构。空间电荷模型对最近的一些关于能量势垒反常变化的报道提供了一个简单而直接的解决途径。进一步提出，在未来的电子设备中，缺陷工程可以有效地调控空间电荷效应进而可以用来设计、优化电致阻变器件的性能。