铁电薄膜铁电性能的表征
铁电材料的制备及其铁电性能研究
铁电材料的制备及其铁电性能研究铁电材料是指具有铁电性质的材料，铁电性质是指在外加电场下，材料会发生极性翻转，即正负极性相互转换。
这种性质使铁电材料广泛应用于存储器、传感器、激光器、换能器、电容器等领域。
本文将介绍铁电材料的制备方法及其铁电性能研究。
一、铁电材料的制备方法1.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种低温热处理制备铁电材料的方法。
首先，将合适比例的金属盐溶解在水和有机物的混合液中，然后使之脱水凝固，得到凝胶。
接着，将凝胶热处理干燥，形成透明的玻璃状材料。
该方法制备的铁电材料具有良好的机械性能和化学稳定性。
2.物理气相沉积法物理气相沉积法是一种高温热处理制备铁电材料的方法。
在该方法中，通过激光或者热蒸发等方式将材料原子或分子蒸发，沉积在基底上，形成薄膜结构。
该方法具有工艺简单、生产效率高等优点，可以制备出高质量的铁电薄膜材料。
3.气相沉积法气相沉积法是一种制备铁电材料薄膜的方法，通过气体反应沉积铁电薄膜。
该方法可以制备出大面积、高质量、低成本的铁电薄膜。
在该方法中，可以通过改变反应条件来控制铁电薄膜的性能，如薄膜的微观结构和组分等。
二、铁电材料的铁电性能研究研究铁电材料的铁电性能是了解材料电性能的一种重要手段。
以下是常用的铁电性能研究方法。
1.压电测试压电测试是通过在机械应力下测量铁电材料的电感生成能力来研究铁电性质。
在该测试中，将电极夹在铁电材料两端，给材料施加机械压力后，测量材料中电极间电势差的变化，进而计算出电感。
2.电容测试电容测试是一种测量铁电材料铁电性能的方法。
在该测试中，先将材料置于电场中，并在电场强度不断增大的过程中测量材料的电容变化，进而计算出材料的介电常数与电容变化量之间的关系。
通过电容测试可以了解材料的介电常数、铁电极化强度和耐电压强度等参数。
3.极化测试极化测试是一种研究材料极化行为的方法。
该测试中，通过在外场的作用下，测量材料中电极间电势差，进而计算出铁电极化强度的大小。
铁电薄膜材料及其应用
铁电薄膜材料及其应用一、引言铁电薄膜材料是一种重要的功能材料，具有优异的电学、铁电和机械性能，广泛应用于信息存储、传感器、微电子机械系统等领域。
本文将介绍铁电薄膜材料的特性、制备方法及其应用领域。
二、铁电薄膜材料的特性1.电学性能铁电薄膜材料具有高度的自发极化和电畴结构，可以在外加电场的作用下发生极化反转，产生较大的极化强度和位移，表现出优异的铁电性能。
此外，铁电薄膜材料还具有较高的介电常数和较小的漏电流等特点。
2.铁电稳定性铁电薄膜材料的铁电稳定性是其在实际应用中的重要性能之一。
铁电稳定性取决于材料的结构、成分和制备工艺等因素。
具有高稳定性的铁电薄膜材料可以在长时间内保持其铁电性能，不易发生退化或失效。
3.机械性能铁电薄膜材料通常具有较好的机械性能，如高硬度、高韧性、良好的耐磨性和耐腐蚀性等。
这些机械性能使得铁电薄膜材料在传感器、微电子机械系统等领域中具有广泛的应用前景。
三、制备方法1.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备铁电薄膜材料的方法。
该方法是将前驱体溶液涂覆在基片上，经过干燥、热处理等过程，制备出铁电薄膜材料。
溶胶-凝胶法制备的铁电薄膜材料具有成分均匀、纯度高、制备温度低等优点，但该方法也存在制备周期长、生产效率低等缺点。
2.脉冲激光沉积法脉冲激光沉积法是一种利用激光能量将靶材气化，然后在基片上沉积成膜的方法。
该方法制备的铁电薄膜材料具有结构致密、成分均匀、表面平整等特点，适用于大面积制备高质量的铁电薄膜材料。
但该方法也存在设备昂贵、制备成本高等缺点。
3.金属有机化学气相沉积法金属有机化学气相沉积法是一种利用金属有机化合物和反应气体在基片上沉积成膜的方法。
该方法制备的铁电薄膜材料具有组分灵活、制备温度低、生产效率高等优点，但该方法也存在设备复杂、气体纯度要求高等缺点。
四、应用领域1.铁电存储器由于铁电薄膜材料具有高极化强度和稳定的铁电性等特点，因此被广泛应用于制备铁电存储器。
利用铁电薄膜材料的极化状态变化可以实现信息的写入和擦除，具有非易失性、高速、低功耗等优点。
铁电薄膜及铁电存储器的研究进展
铁电薄膜及铁电存储器的研究进展
周益春;唐明华
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2009(023)009
【摘要】铁电薄膜是具有铁电性且厚度尺寸为数纳米到数微米的薄膜材料,因其在非挥发性铁电随机存储器方面的潜在应用而受到广泛关注.综述了新型无铅、无疲劳Bi4Ti3O12(BIT)基铁电薄膜材料的制备和改性及性能表征方法,阐述了铁电薄膜的3种失效机制及铁电薄膜存储器的研究现状,最后提出了铁电薄膜及存储器今后可能的研究方向.
【总页数】19页(P1-19)
【作者】周益春;唐明华
【作者单位】湘潭大学低维材料及其应用技术教育部重点实验室,湘潭,411105;湘潭大学低维材料及其应用技术教育部重点实验室,湘潭,411105
【正文语种】中文
【中图分类】TN384
【相关文献】
1.大面积铁电薄膜的MOCVD制备及铁电存储器的研制 [J], 王弘
2.铁电薄膜及铁电存储器研究 [J], 武德起;刘保亭;闫正;闫常瑜;赵庆勋
3.Bi4Ti3O12铁电薄膜及其铁电存储器 [J], 乔燕
4.铁电存存储器的特点和铁电薄膜研究的新动向 [J], 张惠丰;罗维根
5.铁电薄膜和铁电场效应存储器研究 [J], 周文利;于军;曹广军
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Al2O3衬底上Pb(ZrTi)O3铁电薄膜的外延生长与性能
构材料的缓冲作 用，Ｙａｍａｄａ等 在 Ａｌ２Ｏ３ 衬 底 上 成 功 外 延 生 长了 ＢＳＴ 薄膜 。 ［７］ 而 Ｘｉａｏ等则通过 增 加 ＭｇＯ／ＺｎＯ 双 缓 冲 层成 功 在 Ａｌ２Ｏ３ 衬 底 上 获 得 了 高 质 量 的 ＢＳＴ 铁 电 薄 膜 。 ［８］ 在前人报道的 基 础 上，本 实 验 首 次 以 ＳｒＲｕＯ３（ＳＲＯ）为 缓 冲 层，在 Ａｌ２Ｏ３ 衬底上 外 延 生 长 ＰＺＴ 薄 膜。ＳＲＯ 为 钙 钛 矿 立 方结构，具有金 属 导 电 特 征。 以 ＳＲＯ 导 电 层 为 缓 冲 层 有 利 于降低界面电 荷 的 积 累，从 而 增 强 器 件 的 性 能。 同 时，ＳＲＯ 还可以作为 ＰＺＴ 铁电极化性能测量的电极。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｂｕｆｆｅｒ，ｆｅｒｒｏｅｌｃｔｒｉｃ，ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ
０ 引 言
近年来，由于具有优良的铁电、压 电、热 释 电 及 电 光 等 特 性，铁电薄膜材料在非易失性铁电存 储器、微 型 机 电 系 统、传 感器和光电器 件 等 领 域 得 到 了 广 泛 研 究 。 ［１］ 为 保 证 铁 电 器 件具有理想的性能，要求铁电材 料 具 有 较 大 的 剩 余 极 化（Ｐｒ） 和较低的矫顽场（Ｅｃ）。ＰｂＺｒ１－ｘＴｉｘＯ３（ＰＺＴ）铁 电 薄 膜 所 具 有 的优良介电和铁电性能使其成为首选材料之一。随着薄膜 制备技术的不断发展和工艺条 件的不断成 熟，国 内 外 研 究 人 员已 在 多 种 衬 底 材 料 上 （如 ＳｒＴｉＯ３、ＭｇＯ、蓝 宝 石 （Ａｌ２Ｏ３） 等 ）制 ［２－６］ 备 了 高 质 量 的 ＰＺＴ 薄 膜 材 料。 在 这 些 衬 底 材 料 中，Ａｌ２Ｏ３ 以其低造价、低介电损耗及优良的热稳定性等 优 点 而备受关注。可以 预 想 在 Ａｌ２Ｏ３ 衬 底 上 生 长 高 质 量 的 外 延 ＰＺＴ 薄膜将有利于开发新型的光电和微波器件。
超薄、连续PVDF铁电薄膜的制备与表征
超薄、连续PVDF铁电薄膜的制备与表征张龙;王东栋;张春梅;杨丽珍【摘要】为了改善旋涂法制备纳米级超薄PVDF铁电薄膜的致密性和连续性，研究基体的表面处理对PVDF成膜性的影响，进行了对基体表面处理、改变PVDF 溶剂成分、旋涂后的退火温度等对超薄PVDF铁电薄膜的连续性、表面形貌及其成分结构的影响研究。
研究对硅和玻璃基底表面处理，紫外( UV)和氧等离子体辐照，改变基底的表面能后 PVDF 在基底上铺展特性。
薄膜的表面形貌通过KEYENCE VHX-600超景深三维视频显微镜、扫描电子显微镜( SEM)和原子力显微镜( AFM)观察，采用傅里叶变换红外光谱( FTIR)和X射线衍射( XRD)对薄膜结构进行表征。
结果表明：基底经过氧等离子处理可使质量分数为0．2%的PVDF 溶液在硅和玻璃基体上形成超薄、连续的PVDF铁电薄膜。
%In order to improve the compactness and continuity of the PVDF ferroelectric thin film prepared by spin coating method, the effect of surface treatment on the PVDF film is studied. Using spin coating method to fabricate ultrathin poly-vinylidene fluoride ( PVDF ) ferroelectric film on silicon and glass substrates, with ultraviolet ( UV ) light radiation and oxygen plasma we treated substrates, respectively, to change the surface energy and wettability in order to have better spread of PVDF solution on the substrate surface. The film surface morphology was scanned by KEYENCE VHX-600 three dimensional video microscope, scanning electron microscope (SEM) and atomic force microscope ( AFM). The film structure was analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy ( FTIR) and X-ray diffraction ( XRD). We concluded that with the oxygen plasmatreatment,the ultrathin and continuous PVDF ferroelectric film could be formed on the substrate surfaces rather than using UV light radiation when N, N-dimethyl formamide (DMF) was used as solvent of PVDF at mass fraction of 0.2%.【期刊名称】《北京印刷学院学报》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P65-68)【关键词】聚偏氟乙烯;超薄连续;铁电薄膜;氧等离子体【作者】张龙;王东栋;张春梅;杨丽珍【作者单位】北京印刷学院等离子体物理与材料研究室，北京102600;北京印刷学院等离子体物理与材料研究室，北京102600;北京印刷学院等离子体物理与材料研究室，北京102600;北京印刷学院等离子体物理与材料研究室，北京102600【正文语种】中文【中图分类】TB43近年来，超分子、超细微粒、超薄薄膜的概念相继出现，各国科学家致力于这类纳米薄膜的制备研究[1]。
pt系铁电材料的制备与性能表征
电子科技大学硕士学位论文PT系铁电材料的制备与性能表征姓名：***申请学位级别：硕士专业：应用化学指导教师：***20050121摘要本论文分两步研究了钛酸铅（ＰＴ）系铁电材料的制备工艺技术、物化结构表征及铁电、介电、热释电性能。
首先我们以铁电陶瓷为研究对象，利用传统工艺方法制备了铁电ＰＺＴ陶瓷靶材，并对掺杂、组分、工艺等因素对陶瓷块材的介电、铁电性能的影响进行了探讨。
然后以铁电薄膜材料为研究对象，采用溶胶～凝胶（Ｓｏｔ—Ｇｅｌ）法制备了ＰＴ系铁电薄膜，对薄膜的形貌、厚度、结晶等性能进行了表征，对铁电薄膜材料的介电、铁电、热释电性能进行了研究分析。
主要内容如下：１、采用传统陶瓷工艺制备了复合掺杂ｃａ、ｓｒ和Ｌａ三元素的ＰＺＴ陶瓷。
着重研究了Ｚｒ／Ｔｉ及退火温度对ＰＺＴ陶瓷性能的影响，研究发现：此二因素都是影响ＰＺＴ样品性能的关键因素。
随Ｚｒ／Ｔｉ值在０．４／０．６到０．５５／０．５范围内增大，样品的剩余极化值只、介电常数ｒ、损耗因子留Ｊ等参数均基本呈现增大趋势。
这是因为Ｚｒ／Ｔｉ在０．５３／０．４７的相界附近晶格畸变会发生突变，在此区域铁电体结构较松弛，介电常数较大，内耗也较大。
但烧结温度对不同组分的样品性能的影响没有显现出特别明显的规律。
２、着重对掺Ｌａ”、Ｍｎ”对ＰＺＴ陶瓷结构与性能的影响作了研究和探讨，通过对添加两物质的样品的介电、铁电性能的比较发现：掺Ｌａ”可以增大剩余极化值和损耗；掺杂Ｍｎ”可以降低损耗；同时加入Ｌａ”、Ｍｎ”可以调整ＰＺＴ性能得到理想的效果。
Ｐｂ过量０．０５ｍｏｌ、Ｚｒ／Ｔｉ为５５／４５、掺Ｌａ”量为２ａｔｍ％、掺Ｍｎ”量为Ｏ．１５ｗｔ％的ＰＺＴ组分，在１２００℃烧结，保温９０分钟得到的陶瓷材料具有良好的铁电和介电性能：矩形度良好的电滞回线、剩余极化值只为４０“ｃ／ｃｍ２、矫顽场基为０．４７６ＫＶ／ｃｍ、介电常数ｆ为９０８，损耗因子ｔｇ占仅为０．６％。
该材料有望成为陶瓷靶材在脉冲激光沉积法（ＰＬＤ）制备铁电薄膜的工艺中得到应用。
铁电薄膜铁电性能的表征
铁电薄膜铁电性能的表征091120***引言：铁电体是如此一类晶体:在必然温度范围内存在自发极化,自发极化具有两个或多个可能的取向,其取向可能随电场而转向.铁电体并非含“铁”,只是它与铁磁体具有磁滞回线相类似，具有电滞回线，因此称为铁电体。
在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里-外斯（Curit-Weiss）定律。
铁电相与顺电相之间的转变通常称为铁电相变，该温度称为居里温度或居里点Tc。
铁电体即便在没有外界电场作用下，内部也会显现极化，这种极化称为自发极化。
自发极化的显现是与这一类材料的晶体结构有关的。
晶体的对称性能够划分为32种点群。
在无中心对称的21种晶体类型种除432点群外其余20种都有压电效应，而这20种压电晶体中又有10种具热释电现象。
热释电晶体是具有自发极化的晶体，但因表面电荷的抵偿作用，其极化电矩不能显示出来，只有当温度改变，电矩（即极化强度）发生转变，才能显示固有的极化，这能够通过测量一闭合回路中流动的电荷来观测。
热释电确实是指改变温度才能显示电极化的现象，铁电体又是热释电晶体中的一小类，其特点确实是自发极化强度可因电场作用而反向，因此极化强度和电场E 之间形成电滞回线是铁电体的一个要紧特性。
自发极化可用矢量来描述，自发极化出此刻晶体中造成一个特殊的方向。
晶体红，每一个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿那个特殊方向发生位移，使电荷正负中心不重合，形成电偶极矩。
整个晶体在该方向上呈现极性，一端为正，一端为负。
在其正负端别离有一层正和负的束缚电荷。
束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高，在受机械约束时，伴随着自发极化的应变还将使应变能增加，因此均匀极化的状态是不稳固的，晶体将分成假设干小区域，每一个小区域称为电畴或畴，畴的间界叫畴壁。
畴的显现使晶体的静电能和应变能降低，但畴壁的存在引入了畴壁能。
总自由能取极小值的条件决定了电畴的稳固性。
实验目的：1、了解铁电参数测试仪的工作原理和利用方式2、了解什么是铁电体，什么是电滞回线及其测量原理和方式。
PZT铁电薄膜材料的制备技术
PZT铁电薄膜材料的制各技术1.铁电薄膜材料背景综述薄膜和层状结构工艺的进步对于集成电路和光电子器件的发展是至关重要的臼。
铁电薄膜是指具有铁电性、且厚度在数十纳米至数微米问的薄膜。
铁电材料的研究一般被认为是始于1920年，法国人发现了罗息盐，即酒石酸钾钠(NaKC4H4O6-4H2O),在外电场E作用下，其极化强度P有如图1所示滞后回线关系，表现出特殊的非线性介电行为。
由于图1的P・E 关系曲线有和铁磁体的关系曲线相类似的特点，因而P-E关系被称为电滞回线(Hysteiesisloop)拥有这种特性的晶体被称为“铁电体”，相应的材料被称为“铁电材料”口】。
随后发现了相似结构的KH2P。
4系列；1940〜1958年，发现了第一个不含氢键，具有多个铁电相的铁电体BaPCh; 1959年到上世纪70年代，包括钙钛矿结构的PbPO3系列、铝青铜结构的锯酸盐系列等在内的大量铁电体被发现，也是铁电的软模理论出现并基本完善的时期；上世纪80年代至今，铁电体的研究主要集中于铁电液晶、聚合物复合铁电材料、薄膜材料和异质结构等非均匀系统。
以钻钛酸铅Pb(Zr】_xPx)O3(简称PZT)为代表的一大类铁电压电功能薄膜材料因其具有良好的压电、铁电、热释电、电光及非线性光学等特性，在微电子和光电子技术领域有着广阔的应用前景，受到人们的广泛关注和重视几乎所有的铁电体材料均可通过不同的制备技术制成相应的薄膜材料，但迄今为止研究较为集中的铁电薄膜材料主要有两大类，一类是钛酸盐系铁电薄膜; 另一类是锯酸盐系铁电薄膜。
最典型的铁电体是具有钙铁矿结构的铁电体-ABO3(Perovskite)结构，如图2 所示。
佟I 2钙钛矿铁电材料晶胞小意图PZT是典型的ABO3钙钛矿结构，在每个钙钛矿元胞中，铅离子(Pb?与占据8个顶点的位置，氧离子(O')占据6个面心，结或钛粒子亿产m4+)位于八面体的空位。
在现有的铁电薄膜材料中，使用较多的是PZT薄膜系列。
铁电功能材料
铁电陶瓷只在某一温度范围内才具有铁电性,它有 一临界温度Tc.,当温度高于Tc时,铁电相转变为顺电 相,自发极化消失, 晶体顺电相-铁电相的临界转变温度Tc称为居里温度
1.4、典型材料与应用
BaTiO3陶瓷材料
BaTiO3陶瓷材料的铁电性能在1942年被人 们发现,由于其性能优良,工艺简便,很快被应用于 介电、压电元器件,1954年人工法成功制备出 BaTiO3单晶,至今, BaTiO3陶瓷仍是应用的最广 泛和研究得比较透彻的一种铁电材料,
铁电体的电滞回线
电滞回线是铁电体的一个特征,它表示铁电 晶体中存在电畴,它是铁电体的极化强度P随 外加电场强度E的变化轨迹,
饱和极化强度Ps 剩余极化强度Pr 矫顽电场强度Ec
2、 电滞回线 hysteresis loop 在强电场作用下,使多畴铁电体变为单畴铁电体或使单
畴铁电体的自发极化反向的动力学过程称为畴的反转, 使剩余极化强度降为零时的电场值Ec称为矫顽电场强
铁电功能材料
介电材料
电介质功能材料
铁电材料
电
压电材料
功
敏感电介质材料
能
材
料
导电材料
快离子导体
电导体功能材料
电阻材料
超导电体
铁电陶瓷材料
铁电体 ferroelectrics 是电介质的一个亚 类,其基本特征是具有自发电极化并且这种 电极化可以在外电场作用下改变方向,由于 自身结构的原因,铁电体同时具有压电性和 热释电性,此外一些铁电晶体还具有非线性 光学效应、电光效应、声光效应、光折变 效应等,铁电体这些性质使它们可以将声、 光、电、热效应互相联系起来,成为一类重 要的功能材料,
铁电薄膜材料
铁电薄膜材料铁电薄膜材料是一种具有铁电性质的薄膜材料。
铁电性是指一种物质在外电场作用下能够产生电偶极矩，并且在去除电场时能够保持电偶极矩的性质。
铁电薄膜材料由于其特殊的性质，在电子器件、储能器件、传感器等领域具有广泛的应用前景。
铁电薄膜材料可以通过多种方法制备，常见的方法包括溶液法、物理气相沉积法和分子束外延法等。
这些方法能够在基底上制备出高质量的铁电薄膜材料，并且具有较好的晶体结构和界面质量。
其中，溶液法是一种简单、经济的制备方法，可以制备出大面积、均匀的铁电薄膜材料。
铁电薄膜材料的铁电性质使其在电子器件中具有重要的应用。
例如，铁电薄膜材料可以用于制备非易失性存储器，这种存储器具有快速的读写速度和较低的功耗。
此外，铁电薄膜材料还可以用于制备压电传感器，用于测量压力、形变等物理量。
此外，铁电薄膜材料还可以应用于能量转换器件，如压电发电机和压电陶瓷换能器等。
铁电薄膜材料的研究也取得了一些重要进展。
例如，研究人员通过控制铁电薄膜材料的组分和结构，实现了对其铁电性能的调控。
此外，研究人员还探索了新型的铁电薄膜材料，并研究了其在电子器件中的应用。
这些研究为铁电薄膜材料的应用拓展提供了新的思路和方法。
然而，铁电薄膜材料在应用过程中还存在一些问题。
首先，铁电薄膜材料的制备工艺复杂，制备过程中易受到基底表面的影响，导致薄膜质量不稳定。
其次，铁电薄膜材料的性能稳定性有限，容易受到温度、湿度等环境因素的影响。
此外，铁电薄膜材料的电偶极矩随时间的演化也是一个研究的热点问题。
为了解决这些问题，研究人员正在不断努力。
他们通过优化制备工艺，提高铁电薄膜材料的质量稳定性。
此外，研究人员还致力于开发新型的铁电薄膜材料，以提高其性能和稳定性。
同时，研究人员也在探索新的应用领域，如光电子器件和生物传感器等。
铁电薄膜材料具有独特的铁电性质，在电子器件、储能器件、传感器等领域具有重要的应用前景。
虽然在应用过程中还存在一些问题，但通过研究人员的不断努力，相信这些问题将会逐渐得到解决。
10.2 铁电薄膜铁电性能的表征
实验10.2 铁电薄膜铁电性能的表征一、引言铁电体（Ferroelectrics）是这样一类材料：在一定温度范围内存在自发极化，且自发极化具有两个或多个可能的取向，在电场作用下其取向可改变。
铁电体并不含“铁”，只是它与具有磁滞回线的铁磁体相类似，具有电滞回线，因而称为铁电体（Ferroelectrics）。
在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里—外斯（Curie Weiss）定律。
铁电相与顺电相之间的转变通常为铁电相变，转变温度称为居里温度或居里点T。
铁电体即使在没有外电场的作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。
自发极化的出现是与材料的晶体结构有关的。
第一个铁电体是1655年住在法国Rochelle的药剂师Seignett所发现的罗息盐（酒石酸钠钾NaKC4H4O6+4H2O），自本世纪20年代发现它的铁电性以来，铁电研究经历了四个阶段：第一阶段为1920至1939年，发现了两种铁电结构，即罗息盐和KH2PO4（KDP）系列；第二阶段发现了不含氢键，具有多个铁电相的铁电体BaTiO3，在这阶段开始建立有关铁电体的唯象理论并趋于成熟；到了70年代包括钙钛矿结构的PbTiO3系列，钨青铜系列在内的大量铁电体被发现，同时在相应理论方面Coheran和Anderson提出铁电软模理论并得到完善；第四阶段为80年代至今，研究集中于铁电液晶、聚合物复合材料、薄膜材料和异质结构等非均匀系统。
图1 钛酸铅的晶体结构晶体的对称性可以划分为32种点群。
在无中心对称的21种点群的晶体类型中除432点群外其余20种都有压电效应，其中有10种具有极性的晶体（点群1，2，m，3，3m，mm2，4，4mm，6，6mm）具有热释电性。
它们具有自发极化，但因表面电荷的抵偿作用，其极化电矩不能显示出来，只有当温度改变，电矩（即极化强度）发生变化，才能显示出固有极化，这可以通过测量一闭合回路中流动的电荷来观测。
铁电材料在电子器件中的应用
铁电材料在电子器件中的应用铁电材料是一种特殊的材料，具有独特的物理和化学性质。
这些材料可以通过外部电场的变化来实现极化，进而产生高度可控制的性能。
由于这些独特的性能，铁电材料已经在电子器件中得到了广泛的应用。
本文将按照类别来介绍铁电材料在电子器件中的应用。
一、铁电薄膜铁电薄膜是一种具有特殊性质的材料。
这些薄膜通常由铁电晶体沉积在底部电极上，在制作过程中常使用物理汽相沉积或化学汽相沉积技术。
铁电薄膜在电子器件中有广泛的应用。
例如，在非易失性随机访问存储器（NVRAM）中，铁电薄膜可以存储数据，具有非常高的稳定性和可靠性。
铁电薄膜的极化状态可以用于记录和读取数据。
其次，铁电薄膜还可用于微处理器中的存储器单元，例如闪存存储器和EEPROM存储器。
铁电薄膜的优点是可靠性高、写入次数多、读取速度快、功耗低，适用于小型电子设备。
二、铁电电容器铁电电容器是由铁电材料制成的电容器，可以通过改变电场的方向和大小来改变电容器的极化状态。
铁电电容器与普通电容器的不同之处在于铁电电容器的极化状态可以保持很长时间，因此铁电电容器可以用作存储设备，比如在一些集成电路(IC)中使用。
铁电电容器在非易失性存储器（NVS）中得到了广泛的应用，NVS可以使用在需要长期保存数据的场合，例如模拟信号存储和数字信号存储。
三、铁电场效应晶体管铁电场效应晶体管（FeFET）是一种新型的晶体管，利用铁电材料的极化状态来控制导电性能，具有一定的记忆性质。
铁电场效应晶体管是一种全新的存储器元件，多用于存储和恢复非易失性数据。
铁电场效应晶体管的优点是功耗低，可重写性能好，写入时间短，这使其成为可重复编程存储器的极好选择。
四、铁电声波器件铁电声波器件充当在晶体管前端的频率选择器件，利用了铁电晶体的特殊性能。
铁电声波器件广泛应用于通信、移动电话、计算机、医疗和汽车等电子行业中。
由于铁电声波器件的极化状态不易受到外部干扰，所以铁电声波器件是一种稳定而可靠的频率控制元件，适用于高质量的通信和响应应用。
《2024年BMT-NBT基弛豫铁电薄膜储能特性研究》范文
《BMT-NBT基弛豫铁电薄膜储能特性研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，铁电材料因其独特的电学性能在许多领域中得到了广泛的应用。
BMT-NBT基弛豫铁电薄膜作为一种新型的铁电材料，其储能特性备受关注。
本文旨在研究BMT-NBT基弛豫铁电薄膜的储能特性，分析其性能参数，为实际应用提供理论支持。
二、BMT-NBT基弛豫铁电薄膜BMT-NBT基弛豫铁电薄膜是一种具有钙钛矿结构的薄膜材料，其组成元素包括Bi、Me（M为Ti或Nb）等。
该类材料具有优异的铁电性能和弛豫行为，在电场作用下能够产生显著的极化现象。
此外，BMT-NBT基薄膜还具有较高的介电常数和较低的介电损耗，使其在储能器件领域具有广阔的应用前景。
三、储能特性研究（一）实验方法本文采用脉冲激光沉积法制备BMT-NBT基弛豫铁电薄膜，并利用X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对薄膜的微观结构进行表征。
通过电学性能测试系统，测量薄膜的电学性能参数，如介电常数、介电损耗、电滞回线等。
（二）实验结果1. 微观结构分析：BMT-NBT基弛豫铁电薄膜具有钙钛矿结构，晶粒排列紧密，无明显缺陷。
2. 电学性能参数：在室温下，BMT-NBT基薄膜的介电常数较高，介电损耗较低。
此外，该薄膜具有显著的铁电性能，表现出典型的电滞回线。
3. 储能特性：BMT-NBT基弛豫铁电薄膜在电场作用下能够产生较大的极化强度，且极化强度与外加电场之间呈现出非线性关系。
这使得该薄膜在储能器件中具有较高的储能密度和充放电效率。
（三）性能分析BMT-NBT基弛豫铁电薄膜的储能特性主要得益于其优异的铁电性能和弛豫行为。
在电场作用下，该薄膜能够产生显著的极化现象，使得电荷在薄膜内部重新排列，从而实现在电能与磁能之间的转换。
此外，该薄膜还具有较高的介电常数和较低的介电损耗，有利于提高储能器件的能量转换效率。
同时，BMT-NBT 基薄膜的制备工艺成熟，成本较低，为实际应用提供了良好的基础。
四、结论本文研究了BMT-NBT基弛豫铁电薄膜的储能特性，通过实验发现该薄膜具有较高的介电常数、较低的介电损耗和显著的铁电性能。
铁电器件的性能研究和应用
铁电器件的性能研究和应用随着信息时代的到来，人们对于电子产品的需求越来越高，特别是在存储和传输方面。
而作为一种新型材料，铁电材料具有很好的应用前景。
铁电器件是基于铁电材料制成的电子元器件，其性能研究关乎着电子行业的发展。
本文将着重介绍铁电器件的性能研究和应用。
一、铁电器件的特性铁电材料具有独特的铁电特性，即在外加电场的作用下，铁电材料会发生电极化现象，即在材料内部形成一个自发的电场。
铁电材料对于电场的响应是双向的，即在给定的电场强度下，它可以进行电荷分离。
当外加电场消失时，铁电材料会保持电极化状态，即在外界电场的作用下产生记忆响应。
铁电材料还具有优异的介电性能、压电效应、自生电磁效应等特征。
铁电器件的特性主要表现在以下方面：1. 高介电常数：铁电材料的介电常数比普通的电介质大几倍甚至几十倍以上，且随着外加电场的增加而增大。
2. 高电阻率：铁电材料的电阻率很高，能够保持一个高电位。
3. 低功率消耗：铁电材料的功耗很低。
4. 快速响应：铁电材料的响应速度很快，可实现快速的数据存取。
二、铁电器件的研究热点目前，铁电器件的研究主要包括以下几个方面：1. 铁电薄膜的制备铁电薄膜的制备是铁电器件的核心技术之一。
近年来，研究者不断探索新的制备方法，如分子束外延、化学气相沉积、溅射沉积等，以实现高质量的铁电薄膜的制备。
2. 铁电材料的改性为了提高铁电材料的性能，研究者不断尝试对铁电材料进行改性。
如将不同元素掺杂进铁电材料中，以提高其压电性能、介电导数等性能。
3. 铁电器件的微电子学特性研究铁电器件的集成和微电子化是当前的研究热点之一。
研究者通过微处理器技术和光刻技术，实现对铁电器件的制备、测试与量化。
4. 铁电器件的应用铁电器件广泛应用于存储器件、传感器、电容器、电压控制振荡器、滤波器等领域，如铁电随机存储器（FeRAM）、铁电非易失性存储器（FeFET）等器件在高速存储和耐久方面有着独特的优势。
三、铁电器件的应用前景随着电子信息技术的不断发展，铁电器件具有广阔的应用前景，特别是在高速存储、大容量存储、耐久性和快速响应方面的优势将更加突出。
薄膜织构和残余应力表征及取向铁电薄膜的性能
薄膜织构和残余应力表征及取向铁电薄膜的性能由于薄膜材料往往具有基底支承,因此薄膜中往往存在有残余应力;又由于晶体本身存在的各向异性以及薄膜生长过程中往往处于各种各向异性外场下,如电磁场、温度场等等,故而薄膜中又往往存在有纤维型织构(又称丝织构)。
丝织构和残余应力可认为是薄膜的本征属性,它们对薄膜的各种物理及力学性能具有重要的影响。
尽管织构表征方面已经存在多种成熟的方法,如极图法、反极图法、取向分布函数法(ODF)以及择优取向参数法等,但真正能够同时满足织构的定性、定量分析的方法目前也仅仅是取向分布函数法。
显然,采用取向分布函数法分析丝织构显得过于奢侈。
本文首先简化了丝织构的描述,而后基于X射线ω扫描方法,提出了一种新的丝织构定性、定量表征方法。
为验证所提丝织构表征方法的有效性,文中以沉积态Pt薄膜为例,利用所提方法和ODF法共同研究了Pt薄膜中的织构。
研究结果表明,所提方法能够有效且更为便捷的确定薄膜中的丝织构。
样品中残余应力的分析往往需要借助晶粒间相互作用模型。
为有效便捷的分析薄膜中的残余应力,本文提出了一种局域晶粒间相互作用模型思想。
局域模型仅仅束缚了参与衍射的晶粒的力学状态、而不是所有晶粒的力学状态,因而可以认为局域模型对样品中晶粒的力学状态的束缚远较以往传统模型的束缚弱,从而会使最终分析得到的残余应力结果更接近实际。
为了验证所提的局域模型思想在分析样品残余应力时的有效性,文中基于两个极端传统模型提出了两个具体的相应局域模型,并利用这两个局域模型对同一个Pt薄膜的残余应力进行了表征。
同时,为了避免侥幸的结果出现,每一个模型都对三个晶面族进行了应力分析。
研究结果表明,两个局域模型对三个晶面族应力分析结果都非常相近,说明在分析材料的残余应力过程中局域模型思想是非常有效的、能够较为便捷且准确的确定材料中的残余应力。
为具体明了丝织构取向、丝织构弥散度以及残余应力对钙钛矿型铁电功能薄膜体系的物理性能具有重要的影响,文中基于Landau-devonshire理论、之前对丝织构的简化描述及电畴间相互作用假设,分别以具有丝织构的多晶2-2型BaTiO3/CoFe2O4多铁复合功能薄膜为例研究其磁电耦合性能、以具有丝织构的PbTiO3铁电薄膜为例研究其相变行为。
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铁电性【引言】铁电体是这样一类晶体:在一定温度范围内存在自发极化,自发极化具有两个或多个可能的取向,其取向可能随电场而转向.铁电体并不含“铁”,只是它与铁磁体具有磁滞回线相类似，具有电滞回线，因而称为铁电体。
在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里-外斯（Curit-Weiss）定律。
铁电相与顺电相之间的转变通常称为铁电相变，该温度称为居里温度或居里点Tc。
铁电体即使在没有外界电场作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。
自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。
晶体的对称性可以划分为32种点群。
在无中心对称的21种晶体类型种除432点群外其余20种都有压电效应，而这20种压电晶体中又有10种具热释电现象。
热释电晶体是具有自发极化的晶体，但因表面电荷的抵偿作用，其极化电矩不能显示出来，只有当温度改变，电矩（即极化强度）发生变化，才能显示固有的极化，这可以通过测量一闭合回路中流动的电荷来观测。
热释电就是指改变温度才能显示电极化的现象，铁电体又是热释电晶体中的一小类，其特点就是自发极化强度可因电场作用而反向，因而极化强度和电场E 之间形成电滞回线是铁电体的一个主要特性。
自发极化可用矢量来描述，自发极化出现在晶体中造成一个特殊的方向。
晶体中，每个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿这个特殊方向发生相对位移，使电荷正负重心不重合，形成电偶极矩。
整个晶体在该方向上呈现极性，一端为正，一端为负。
在其正负端分别有一层正和负的束缚电荷。
束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高，在受机械约束时，伴随着自发极化的应变还将使应变能增加，所以均匀极化的状态是不稳定的，晶体将分成若干小区域，每个小区域内部电偶极子沿同一方向，但各个小区域电偶极子方向不同，这些小区域称为电畴或畴，畴的间界叫畴壁。
畴的出现使晶体的静电能和应变能降低，但畴壁的存在引入了畴壁能。
总自由能取极小值的条件决定了电畴的稳构型。
二、实验目的1、了解什么是铁电体，什么是电滞回线及其测量原理和方法。
2、了解铁薄膜材料的功能和应用前景。
三、实验原理1、铁电体的特点（1）电滞回线铁电体的极化随外电场的变化而变化，但电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系。
在电场作用下新畴成核长，畴壁移动，导致极化转向，在电场很弱时，极化线性地依赖于电场见图(12.2-1) ,此时可逆的畴壁移动成为不可逆的，极化随电场的增加比线性段快。
当电场达到相应于B点值时，晶体成为单畴，极化趋于饱和。
电场进一步增强时，由于感应极化的增加，总极化仍然有所增大(BC)段。
如果趋于饱和后电场减小，极化将循 CBD段曲线减小，以致当电场达到零时，晶体仍保留在宏观极化状态，线段OD 表示的极化称为剩余极化Pr 。
将线段CB 外推到与极化轴相交于E ，则线段OE 为饱和自发极化Ps 。
如果电场反向，极化将随之降低并改变方向，直到电场等于某一值时，极化又将趋于饱和。
这一过程如曲线DFG 所示，OF 所代表的电场是使极化等于零的电场，称为矫顽场?Ec 。
电场在正负饱和值之间循环一周时，极化与电场的关系如曲线CBDFGHC所示此曲线称为电滞回线。
图12.2-1 铁电体的电滞回线图12.2-2 电滞回线的显示电滞回线可以用图12.22-2的装置显示出来（这就是着名的Sawyer-Tower 电路），以铁电晶体作介质的电容C x 上的电压V 是加在示波器的水平电极板上，与C x 串联一个恒定电容C y (即普通电容)，C y 上的电压V y 加在示波器的垂直电极板上，很容易证明V y 与铁电体的极化强度P 成正比，因而示波器显示的图象，纵坐标反映P 的变化，而横坐标V x 与加在铁电体上外电场强成正比，因而就可直接观测到P-E的电滞回线。
下面证明V y 和P 的正比关系，yx xy x y C C C C V V ==ωω1112.2-1) 式中ω为图中电源V 的角频率d S C x 0εε=ε为铁电体的介电常数,0ε 为真空的介电常数,S 为平板电容x C 的面积，d 为 平行平板间距离，代入（12.2-1）式得： E C S d V C S V C C V yx y x Y x y 00εεεε=== (12.2-2) 根据电磁学E E E P χεεεεε000)1(=≈-= (12.2-3)对于铁电体>>ε1，固有后一近似等式，代入（12.2-2）式 ， P C S V yy =因S 与y C 都是常数，故Vy 与P 成正比。
四、测量仪简介1、铁电性能综合测试仪硬件结构铁电薄膜材料的测量仪主要包括可编程信号源、微电流放大器、积分器、放大倍数可编程放大器、模/数转换器、数/模转换器、微机接口部分、微机和应用软件等部分组成。
系统框图见图12-2-3，硬件系统由一台计算机、信号调理电路部分组成。
图12-2-3 铁电性能测量仪结构框图2、实验内容测量铁电薄膜样品的电滞回线，画出电滞回线及得到铁电薄膜材料的饱和极化±Ps 、剩余极化±Pr 、矫顽场±Ec 、电容量C 等参数。
【实验步骤】1. 准备工作：首先开启计算机，阅读仪器说明书。
2. 初始化：在低电压（100V ）下运行测量软 件，开启测量仪，并检查探针位置是否正确。
3. 确定高压区间?V ：调整高电压和低电压， 观察能出现标准电滞回线的最大和最小的 电压值，并记录为Vmax 和Vmin ，高压区间 为?V = Vmax ? Vmin 。
值得注意的是，软 件中输入的高压值在本次试验的试验仪上 通常达不到，因此需要输入比目标电压更高 一些的电压值，电压值以实际高压为准。
备 注：高压区间指的是保持标准电滞回线的最 低和最高电压。
4. 测量电滞回线：在刚刚确定的那个电压范围内，选择五个电压值，间隔为?V /5，分别 测量在这五个电压值下的电滞回线，并且保留电滞回线测量数据。
5. 拷贝并带回电滞回线测量数据，以便于后续数据处理使用。
6. 实验结束后，先关闭测量仪，后关闭计算 机。
7. 用 电 滞 回 线 测 量 数 据， 计 算 相 应 的 数 据Pr 、Ps 、Ec 。
实验结果及数据处理【实验得到的图片截图】电压500v Ps 85.28(uc/cm2) Pr 69.28(uc/cm2) -pr -69.54(uc/cm2) +vc 193.37v -Vc -117.30v 电压550v Ps 86.43(uc/cm2) Pr 72.49(uc/cm2) -Pr -72.76(uc/cm2)+Vc 195.20v-Vc -120.8v电压650vPs 88.76(uc/cm2) Pr 74.82(uc/cm2) -Pr-77.76(uc/cm2) +Vc 202.8v-Vc -133.10v电压600vPs88.51(uc/cm2)+Pr72.40(uc/cm2)-Pr-75.06(uc/cm2) +Vc 199.40v -Vc -126.00v电压750VPs 91.20(uc/cm2)+Pr74.82(uc/cm2)-Pr-80.26(uc/cm2)+Vc 202.90v-Vc -132.70v电压700vPs 90.65(uc/cm2)+Pr74.96(uc/cm2)-Pr-77.24(uc/cm2)+Vc 202.9v-Vc -132.90v【数据绘制成的表格】Vmax 500 550 600 650 700 750Ps(uc/cm2) 85.28 86.43 88.51 88.76 90.65 91.20Pr(uc/cm2) 69.28 72.49 72.40 74.82 74.96 74.84-Pr(cu/cm2) -68.54 -72.76 -75.09 -77.76 -77.24 -80.26+Vc(V) 193.23 195.10 199.40 202.8 202.90 202.90-Vc(V) -117.30 -120.8 -126.00 -133.10 -132.90 -132.70由图可看出饱和极化强度随着外加电场的增加而增加，由图可知剩余极化强度随外加电场的增加而增加随后趋于饱和根据实验中得到的数据，我们可以画出相应的电压Vy（正比于极化P）对于外加电压U（正比于电场E）的图，相应的作图如图3所示。
值得注意的是，我们作图的数据并不直接是极化相对于电场强度的关系，而是电压Vy(mV ) ～ U(V )的关系，它们与我们需要测试的量成正比关系，因此图形形态上一样。
下面我们对于实验数据进行处理，可以得到不同高压下的自发极化Ps(nC/cm2)随外加电压U(V )的变化关系、剩余极化Pr(nC/cm2)随外加电压U(V )的变化关系以及矫顽场Ec(V )随外加电压U(V )的变化关系。
我们将相应的关系作图画出，如图4所示。
值得注意的是由电压Vy到极化P的换算由具体的测试仪器参数决定，下图中作图所用到的极化值由测试软件算出。
实验结果讨论与分析在实验中，我们观察到如下一些显着的现象：1. 电滞回线总体上呈现出中心对称的形态，在一些细节处表现出不对称的特征。
例如在穿越负Vy轴处出现的跳变等。
2. 随着外加电压的增大，电滞回线形态上“由胖变瘦”，与坐标轴围成的面积变大。
3. 随着外加电场的增大，自发极化Ps、剩余极化Pr和矫顽场Ec总体上都增大，并且对于剩余极化Pr和矫顽场Ec而言，其正向比负向的绝对值要大。
对于上述的某些现象给出一些相应的分析：1. 我们得到的大体中心对称形态的电滞回线与我们预期的标准电滞回线形态上吻合，说明本次试验装置的设置大体正确。
2. 从理论上来说，电滞回线的产生是因为畴壁在外场作用下翻转是存在极化弛豫。
铁电体由于极化弛豫会产生极化损耗，该行为不可逆，会产生能量损耗，能量损耗的量度可以由P ?E回线围成的面积计算得出。
通过量纲分析，P的量纲为C/m2，E的量纲为V /m，因此他们乘积A = P × E的量纲为J/m3，与能量成正比，其含义为损耗的能量。
因此我们可以得出结论，随着外加电压的增大，电场反转的损耗也增大。
另外，对于顺电体来说，极化强度与电场呈线性关系，因此没有极化损耗，表现为P ?E曲线围成的面积为零，因此无法观察到回线。
3. 电滞回线的形态有以下三个因素共同作用形成：电畴反转过程提供的极化电荷Qs（这里的Q代表电荷，它是由等效电路分析方法中得到的）、线性感应极化过程提供的电荷Qi、漏电电导和感应极化损耗提供的电荷Qr。
其中Qs是我们感兴趣的、可以形成一个回线的部分，它是由于电畴反转引起的；Qr使得回线的饱和支、上升支和下降支发生倾斜；Qi使得回线的饱和支畸变形成一个环状端。