铁电材料ppt课件
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10
ABO3型钙钛矿晶胞结构
11
Байду номын сангаас
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。
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
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
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。
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
（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；
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
15
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
，擦写次数低,写数据功耗大等缺点。
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
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
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。
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"。
ABO3型钙钛矿晶胞结构
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Байду номын сангаас
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。
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
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
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。
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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
（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；
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
15
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
，擦写次数低,写数据功耗大等缺点。
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
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
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
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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
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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。
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"。