铁电材料ppt课件
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9
晶体结构
现在发现，具有铁电性的晶体很多，但概括起来可以分 为两大类：
a.一类以磷酸二氢钾 KH2PO4 --简称KDP--为代表 ，具有氢键，他们从顺电相过渡到铁电像是无序到有序 的相变。以KDP为代表的氢键型铁晶体管，中子绕射 的数据显示，在居里温度以上，质子沿氢键的分布是成 对称沿展的形状。在低于居里温度时，质子的分布较集 中且不对称于邻近的离子，质子会较靠近氢键的一端。 b.另一类则以钛酸钡为代表，从顺电相到铁电相的过渡 是由于其中两个子晶格发生相对位移。对于以为代表的 钙钛矿型铁电体，绕射实验证明，自发极化的出现是由 于正离子的子晶格与负离子的子晶格发生相对位移。
非铁电相时有对称中心：不具有压电效应，如BaTiO3、TGS（硫酸三甘肽）
以及与它们具有相同类型的晶体。
（4）按相转变的微观机构分类
（5）"维度模型"分类法
12
铁电材料的历史发展和现状
小型 化 铁电软膜理论
热力学理论
发现铁电性
铁电薄膜及器件
钙钛矿时期
KDP时期
罗息盐的发现
13
Company Logo
居里温度
居里温度Tc是铁电相与顺电相的相转变温度， 当T>Tc时，铁电现象消失，处于顺电相。当 T<Tc时，铁电体处于铁电相，当T=Tc时发生 相变。铁电相是极化有序状态，顺电相则是极 化无序状态。而Tc称为居里点。
8
介电反常
在弱电场作用下铁电体的介电性能 可用各向异性介电常数ε来描述。ε可 分为两个部分：其中一部分由各个畴 的介电性能提供，这部分直到远红外 频率都不依赖于外电场的强度和频率 。另一部分与外电场作用下电畴结构 的变化有关，它强烈地依赖于电场强 度、频率和晶体的温度，而且与加外 电场时电畴的原始结构有关。对于单 轴铁电单晶体例如RS和KH2PO4， 在垂直于铁电轴方向的介电常数ε随温 度的变化并不十分显著；平行于铁电 轴方向的介电常数ε则随温度变化很大 ，在居里点附近其相对值可迅速增大 至104～105数量级；这种现象称为" 介电反常"。
4
Company Logo
自发极化
在没有外电场作用时，晶 体中存在着由于电偶极子 的有序排列而产生的极化 ，称为自发极化。
5
1、 电畴 ferroelectric domain 铁电体内自发极化相同的小区域称为电畴，～10μm； 电畴与电畴之间的交界称为畴壁 两种：90 畴壁和180 畴壁
6
10
ABO3型钙钛矿晶胞结构
11
铁电材料的分类
（1）结晶化学分类
含有氢键的晶体：磷酸二氢钾（KDP）、三甘氨酸硫酸盐（TGS）、罗息盐
（RS）等。这类晶体通常是从水溶液中生长出来的，故常被称为水溶性铁电体，
又叫软铁电体；
（Li2双O氧-N化b2物O晶5）体等：，如这B类aT晶iO体3（是B从aO高-T温iO熔2）体、或K熔N盐bO中3生（长K2出O来-N的b2，O5又）称、为L硬iN铁bO电3 体．它们可以归结为ABO3型，Ba2+，K+、Na+离子处于A位置，而Ti4+、Nb6+、 Ta6+离子则处于B位置。
，擦写次数低,写数据功耗大等缺点。
铁电材料的制备方法
1 固相反应法 2 溶胶--凝胶法 3 熔盐法 4 喷雾分解法 5 柠檬酸前驱法 6 水热法 7 无卤素法 8 低温液相法
14
铁电材料的应用
动态随机存贮器
非挥发铁电存储器
介电性质
铁电效应
红外探测器与红外 CCD 热释电效应
压电效应
铁电材料
电光效应
LOGO
铁电材料
无机092 高玢
1
铁电材料 ferroelectric materials 具有自发极化，且自发极化能够为外电场所转向的 一类材料，称为铁电材料。
铁电材料：在具有压电效应的材料中 ,具有自发极化 , 自发极化包括二部分：一部分来源于离子直接位移； 另一部分是由于电子云的形变。而且其自发极化强度 可以因外电场反向而反向 ,或者在电场作用下不可反向 但可以重取向的晶体 。铁电体中的自发极化有两个或 多个可能的取向。所有铁电体都可以通过人工极化使 其具有压电性 ,但具有压电性的并不一定都是铁电体。
2
铁电体的定义
铁电体的定义：指在温度范围内具有自发极 化且极化强度可以因外电场而反向的晶体。
铁电体具有很多电畴且具有电滞回线。因此， 凡具有电畴和电滞回线的介电材料就称为铁 电体。
铁电体的晶体并不含有铁，铁电体常被称为 息格毁特晶体。
3
铁电体的主要特征值
1. 自发极化 2. 电 畴 3. 电滞回线 4. 居里温度 5. 介电反常
Kbit和1Mbit等密度。
非易失性记忆体掉电后数据不丢失。可
是所有的非易失性记忆体均源自ROM技术。
你能想象到,只读记忆体的数据是不可能修改
的。所有以它为基础发展起来的非易失性记
忆体都很难写入，而且写入速度慢，它们包
括EPROM（现在基本已经淘汰）,EEPROM
和Flash，它们存在写入数据时需要的时间长
声表面波器件传感器 驱动器
电阻率转变
热敏电阻
光折变效应 全息存储
光调制器
15ห้องสมุดไป่ตู้
铁电存储器(FRAM)
铁电存储器（FRAM）产品将ROM的非
易失性数据存储特性和RAM的无限次读写、
高速读写以及低功耗等优势结合在一起。FR
AM产品包括各种接口和多种密度
像工业标准的串行和并行接口，工业标准的
封装类型，以及4Kbit、16Kbit、64Kbit、256
电滞回线 hysteresis loop
• 电滞曲线是极化强度P 滞后于电场强度E的曲 线。
• 即当施加电场E，极化 强度P随E增加沿曲线 上升，至某点后P随E 的变化呈线性。E下降 时，P不随原曲线下降。 当E为0时，极化强度 不为0。为Pr，称剩余 极化强度。只有加上 反电场Ec时P为0。Ec 为矫顽电场强度。 7
（2）按极化轴多少分类
沿一个晶轴方向极化的铁电体：罗息盐（RS）、KDP等；
沿几个晶轴方向极化的铁电晶体：BaTiO3、Cd2Nb2O7等。
（3）按照在非铁电相时有无对称中心分类
非铁电相无对称中心：钽铌酸钾（KTN）和磷酸二氢钾（KDP）族的晶体。
由于无对称中心的晶体一般是压电晶体，故它们都是具有压电效应的晶体；
晶体结构
现在发现，具有铁电性的晶体很多，但概括起来可以分 为两大类：
a.一类以磷酸二氢钾 KH2PO4 --简称KDP--为代表 ，具有氢键，他们从顺电相过渡到铁电像是无序到有序 的相变。以KDP为代表的氢键型铁晶体管，中子绕射 的数据显示，在居里温度以上，质子沿氢键的分布是成 对称沿展的形状。在低于居里温度时，质子的分布较集 中且不对称于邻近的离子，质子会较靠近氢键的一端。 b.另一类则以钛酸钡为代表，从顺电相到铁电相的过渡 是由于其中两个子晶格发生相对位移。对于以为代表的 钙钛矿型铁电体，绕射实验证明，自发极化的出现是由 于正离子的子晶格与负离子的子晶格发生相对位移。
非铁电相时有对称中心：不具有压电效应，如BaTiO3、TGS（硫酸三甘肽）
以及与它们具有相同类型的晶体。
（4）按相转变的微观机构分类
（5）"维度模型"分类法
12
铁电材料的历史发展和现状
小型 化 铁电软膜理论
热力学理论
发现铁电性
铁电薄膜及器件
钙钛矿时期
KDP时期
罗息盐的发现
13
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居里温度
居里温度Tc是铁电相与顺电相的相转变温度， 当T>Tc时，铁电现象消失，处于顺电相。当 T<Tc时，铁电体处于铁电相，当T=Tc时发生 相变。铁电相是极化有序状态，顺电相则是极 化无序状态。而Tc称为居里点。
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介电反常
在弱电场作用下铁电体的介电性能 可用各向异性介电常数ε来描述。ε可 分为两个部分：其中一部分由各个畴 的介电性能提供，这部分直到远红外 频率都不依赖于外电场的强度和频率 。另一部分与外电场作用下电畴结构 的变化有关，它强烈地依赖于电场强 度、频率和晶体的温度，而且与加外 电场时电畴的原始结构有关。对于单 轴铁电单晶体例如RS和KH2PO4， 在垂直于铁电轴方向的介电常数ε随温 度的变化并不十分显著；平行于铁电 轴方向的介电常数ε则随温度变化很大 ，在居里点附近其相对值可迅速增大 至104～105数量级；这种现象称为" 介电反常"。
4
Company Logo
自发极化
在没有外电场作用时，晶 体中存在着由于电偶极子 的有序排列而产生的极化 ，称为自发极化。
5
1、 电畴 ferroelectric domain 铁电体内自发极化相同的小区域称为电畴，～10μm； 电畴与电畴之间的交界称为畴壁 两种：90 畴壁和180 畴壁
6
10
ABO3型钙钛矿晶胞结构
11
铁电材料的分类
（1）结晶化学分类
含有氢键的晶体：磷酸二氢钾（KDP）、三甘氨酸硫酸盐（TGS）、罗息盐
（RS）等。这类晶体通常是从水溶液中生长出来的，故常被称为水溶性铁电体，
又叫软铁电体；
（Li2双O氧-N化b2物O晶5）体等：，如这B类aT晶iO体3（是B从aO高-T温iO熔2）体、或K熔N盐bO中3生（长K2出O来-N的b2，O5又）称、为L硬iN铁bO电3 体．它们可以归结为ABO3型，Ba2+，K+、Na+离子处于A位置，而Ti4+、Nb6+、 Ta6+离子则处于B位置。
，擦写次数低,写数据功耗大等缺点。
铁电材料的制备方法
1 固相反应法 2 溶胶--凝胶法 3 熔盐法 4 喷雾分解法 5 柠檬酸前驱法 6 水热法 7 无卤素法 8 低温液相法
14
铁电材料的应用
动态随机存贮器
非挥发铁电存储器
介电性质
铁电效应
红外探测器与红外 CCD 热释电效应
压电效应
铁电材料
电光效应
LOGO
铁电材料
无机092 高玢
1
铁电材料 ferroelectric materials 具有自发极化，且自发极化能够为外电场所转向的 一类材料，称为铁电材料。
铁电材料：在具有压电效应的材料中 ,具有自发极化 , 自发极化包括二部分：一部分来源于离子直接位移； 另一部分是由于电子云的形变。而且其自发极化强度 可以因外电场反向而反向 ,或者在电场作用下不可反向 但可以重取向的晶体 。铁电体中的自发极化有两个或 多个可能的取向。所有铁电体都可以通过人工极化使 其具有压电性 ,但具有压电性的并不一定都是铁电体。
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铁电体的定义
铁电体的定义：指在温度范围内具有自发极 化且极化强度可以因外电场而反向的晶体。
铁电体具有很多电畴且具有电滞回线。因此， 凡具有电畴和电滞回线的介电材料就称为铁 电体。
铁电体的晶体并不含有铁，铁电体常被称为 息格毁特晶体。
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铁电体的主要特征值
1. 自发极化 2. 电 畴 3. 电滞回线 4. 居里温度 5. 介电反常
Kbit和1Mbit等密度。
非易失性记忆体掉电后数据不丢失。可
是所有的非易失性记忆体均源自ROM技术。
你能想象到,只读记忆体的数据是不可能修改
的。所有以它为基础发展起来的非易失性记
忆体都很难写入，而且写入速度慢，它们包
括EPROM（现在基本已经淘汰）,EEPROM
和Flash，它们存在写入数据时需要的时间长
声表面波器件传感器 驱动器
电阻率转变
热敏电阻
光折变效应 全息存储
光调制器
15ห้องสมุดไป่ตู้
铁电存储器(FRAM)
铁电存储器（FRAM）产品将ROM的非
易失性数据存储特性和RAM的无限次读写、
高速读写以及低功耗等优势结合在一起。FR
AM产品包括各种接口和多种密度
像工业标准的串行和并行接口，工业标准的
封装类型，以及4Kbit、16Kbit、64Kbit、256
电滞回线 hysteresis loop
• 电滞曲线是极化强度P 滞后于电场强度E的曲 线。
• 即当施加电场E，极化 强度P随E增加沿曲线 上升，至某点后P随E 的变化呈线性。E下降 时，P不随原曲线下降。 当E为0时，极化强度 不为0。为Pr，称剩余 极化强度。只有加上 反电场Ec时P为0。Ec 为矫顽电场强度。 7
（2）按极化轴多少分类
沿一个晶轴方向极化的铁电体：罗息盐（RS）、KDP等；
沿几个晶轴方向极化的铁电晶体：BaTiO3、Cd2Nb2O7等。
（3）按照在非铁电相时有无对称中心分类
非铁电相无对称中心：钽铌酸钾（KTN）和磷酸二氢钾（KDP）族的晶体。
由于无对称中心的晶体一般是压电晶体，故它们都是具有压电效应的晶体；