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铁电性能综合测试概要.pdf
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铁 电 薄 膜 的 铁 电 性 能测量
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。 晶体红, 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定性。
参考资料
[ 1]
钟维烈,铁电物理学,科学出版社,
1996
。
[2]
干福熹,信息材料,天津大学出版社,
2000
[3]J.F.Scoot,Ferroelectric Memories,Springer,2000
实验目的
一、 了解什么是铁电体,什么是电滞回线及其测量原理和方法。
二、 了解铁薄膜材料的功能和应用前景。
实验原理
一、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
(
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