南京大學(xué)實(shí)驗(yàn)報告 鐵電薄膜鐵電特性表征

1、鐵電薄膜鐵電特性的表征呂光鑫 匡亞明學(xué)院 141242003一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?實(shí)驗(yàn)原理三、 實(shí)驗(yàn)儀器四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容五、 數(shù)據(jù)處理可對txt數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到Ps,Pr,Ec等值，如圖所示（以設(shè)定電壓為700V為例）：圖1圖2圖3對其他設(shè)定電壓值進(jìn)行相似的分析得如下表格（單位已換算）：設(shè)定電壓Ps/C/m2+Pr/C/m2-Pr/C/m2V+/vV-/v700V91.8776.73-78.41206.2-183.8725V91.5476.13-78.43206.1-183.6750V93.3175.28-79.08199.2-195.2775V93.3375.25-79.67200-193800

2、V94.8476.43-80.05205.4-189825V94.5477.26-80.29200.9-193.7850V96.1677.21-81.17206.7-196.4875V96.2680.6-80.51205.6-195.9900V97.3779.5-80.87206.9-199.9925V97.1280.91-81.5206.5-205.1950V98.4379.53-82.25201.8-188.9975V98.5382.21-82.22207-190.11000V100.3283.28-83.36207.6-181.11025V100.4579.34-83.71207.6-1

3、81.61050V100.8483.27-84.11210.1-204.11075V101.4872.16-85.61217-196.1對Pr+和Pr-絕對值求平均的Pr，類似得到Ec，將其與Vmax，Ps一起列于下表：設(shè)定電壓Ps/C/m2Pr/C/m2Ec/V700V91.8777.57195725V91.5477.28194.85750V93.3177.18197.2775V93.3377.46196.5800V94.8478.24197.2825V94.5478.775197.3850V96.1679.19201.55875V96.2680.555200.75900V97.3780.1

4、85203.4925V97.1281.205205.8950V98.4380.89195.35975V98.5382.215198.551000V100.3283.32194.351025V100.4581.525194.61050V100.8483.69207.11075V101.4878.885206.55作圖得：Ps隨設(shè)定電壓V的變化圖4Pr隨設(shè)定電壓V的變化圖5Ec隨設(shè)定電壓V的變化圖6各電壓下對應(yīng)的電滯回線圖7六、 分析討論1. 觀察圖4,5,6即Ps,Pr,Ec隨最大電壓值Vmax變化示意圖?？梢钥吹絇s,Pr,Ec這三個量有隨Vmax增大而增大的趨勢，(1)Pr Ps和Ec有些曲

5、折，整體呈上升趨勢，在某些點(diǎn)會上浮或者下降。我認(rèn)為這可能和采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)浮動比較大有關(guān)，單獨(dú)作圖連線數(shù)據(jù)點(diǎn)就能看出幾個相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)之間差異很大，連線非常不平滑。因此在V較大的地方會展現(xiàn)出比較一定的浮動，從而影響到斜率的計(jì)算。(2)從圖7看所有數(shù)據(jù)點(diǎn)，可以目測觀測到得到Ps所需數(shù)據(jù)點(diǎn)部分有明顯的整體向上平移。所以表象出整體隨Vmax上升的趨勢。(3)相對而言，Ec則整體保持不變，變化較小，但是從具體數(shù)據(jù)來看也是在變大的。所以得出結(jié)論，隨著Vmax的變大，整個鐵電性曲線都表現(xiàn)出向上部分向兩邊擴(kuò)張的趨勢。2. 綜合1的結(jié)論，可以從Pr著手來大致推測所加電壓和Vmax3. 在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)Ec+始終大于Ec-

6、，可以推斷整個鐵電曲線不僅有Y方向的平移，還有X方向的平移，原點(diǎn)并不是曲線的對稱中心。查閱資料發(fā)現(xiàn)，一般情況下，曲線將以原點(diǎn)為對稱中心，但是加入了反鐵磁層之后，在某溫度段會使整個體系曲線出現(xiàn)一個平移量。出現(xiàn)矯頑力Hc，出現(xiàn)交換偏置效應(yīng)，如圖所示： 七、 思考題1. 試比較鐵電體與鐵磁體的同異。相同之處：.電滯回線和磁滯回線相類似，都有極化強(qiáng)度隨電場的變化滯后的現(xiàn)象。其中電疇和磁疇也相類似。.都有類似的相變過程如順電-鐵電相變和順磁-鐵磁相變，都有居里溫度的概念。不同之處：.鐵電體具有自發(fā)極化的特征，而鐵磁體具有自發(fā)磁化的特征。（雖然都涉及晶體結(jié)構(gòu)對稱性破缺）.鐵電疇壁厚度很薄，大約只有幾個晶格

7、常數(shù)量級，而鐵磁體擇優(yōu)幾百個晶格常數(shù)量級。且磁疇壁中的自發(fā)磁化方向可以改變方向，而鐵電體則不可以。.鐵電體在外場作用下，自發(fā)極化方向只能在某幾個方向變化，但是鐵磁體在足夠的外場作用下，可以完全轉(zhuǎn)到外場方向。2. 什么是鐵電體？試舉例說明你所知道的應(yīng)用。鐵電體：某些晶體在一定的溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，而且其自發(fā)極化方向可以因外電場方向的反向而反向，晶體的這種性質(zhì)稱為鐵電性，具有鐵電性的晶體稱為鐵電體。應(yīng)用：鐵電材料的非線性性質(zhì)可以用來制造電容可調(diào)的電容器。一個鐵電電容器的典型結(jié)構(gòu)是兩個電極夾一層鐵電材料。鐵電材料的介電常數(shù)不僅可以調(diào)節(jié)，而且在相變溫度附近值非常大。這使得鐵電電容器與其他電容器相比體積非常小。3. 鐵電薄膜為什么能用做數(shù)據(jù)存儲器，其優(yōu)點(diǎn)何在？因?yàn)椋鸿F電體具有的電滯回線的性質(zhì)：若原來加的正場，當(dāng)外場變?yōu)榱愕臅r候，鐵電體上為正的剩余極化Pr+0，若是從負(fù)場變到零，則剩余極化Pr-0。因而可以對鐵電體進(jìn)行編碼，正為1，負(fù)為0。優(yōu)點(diǎn)