鐵電材料 新 參賽課件.ppt

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1、優(yōu)質參賽課件主講：***鐵電材料鐵電材料ferroelectricmaterials具有自發(fā)極化，且自發(fā)極化能夠為外電場所轉向的一類材料，稱為鐵電材料。鐵電體的定義v鐵電體的定義：指在溫度范圍內具有自發(fā)極化且極化強度可以因外電場而反向的晶體。v鐵電體具有很多電疇且具有電滯回線。因此，凡具有電疇和電滯回線的介電材料就稱為鐵電體。v鐵電體的晶體并不含有鐵，鐵電體常被稱為息格毀特晶體。鐵電體的主要特征值1.自發(fā)極化2.電疇3.電滯回線4.居里溫度5.介電反常CompanyLogo自發(fā)極化v在沒有外電場作用時，晶體中存在著由于電偶極子的有序排列而產生的極化，稱為自發(fā)極

2、化。1、電疇ferroelectricdomain鐵電體內自發(fā)極化相同的小區(qū)域稱為電疇，～10μm；電疇與電疇之間的交界稱為疇壁兩種：90疇壁和180疇壁?電滯曲線是極化強度P滯后于電場強度E的曲線。?即當施加電場E，極化強度P隨E增加沿曲線上升，至某點后P隨E的變化呈線性。E下降時，P不隨原曲線下降。當E為0時，極化強度不為0。為Pr，稱剩余極化強度。只有加上反電場Ec時P為0。Ec為矯頑電場強度。?Ps為飽和極化強度居里溫度v居里溫度Tc是鐵電相與順電相的相轉變溫度，當T>Tc時，鐵電現象消失，處于順電相。當T

3、變。鐵電相是極化有序狀態(tài)，順電相則是極化無序狀態(tài)。而Tc稱為居里點。介電反常v在弱電場作用下鐵電體的介電性能可用各向異性介電常數ε來描述。ε可分為兩個部分：其中一部分由各個疇的介電性能提供，這部分直到遠紅外頻率都不依賴于外電場的強度和頻率。另一部分與外電場作用下電疇結構的變化有關，它強烈地依賴于電場強度、頻率和晶體的溫度，而且與加外電場時電疇的原始結構有關。對于單軸鐵電單晶體例如RS和KH2PO4，在垂直于鐵電軸方向的介電常數ε隨溫度的變化并不十分顯著；平行于鐵電軸方向的介電常數ε則隨溫度變化很大，在居里點附近其相對值可迅速增大至104～105數量級；這種現象

4、稱為"介電反常"。晶體結構v現在發(fā)現，具有鐵電性的晶體很多，但概括起來可以分為兩大類：va.一類以磷酸二氫鉀KH2PO4--簡稱KDP--為代表，具有氫鍵，他們從順電相過渡到鐵電像是無序到有序的相變。以KDP為代表的氫鍵型鐵晶體管，中子繞射的數據顯示，在居里溫度以上，質子沿氫鍵的分布是成對稱沿展的形狀。在低于居里溫度時，質子的分布較集中且不對稱于鄰近的離子，質子會較靠近氫鍵的一端。b.另一類則以鈦酸鋇為代表，從順電相到鐵電相的過渡是由于其中兩個子晶格發(fā)生相對位移。對于以為代表的鈣鈦礦型鐵電體，繞射實驗證明，自發(fā)極化的出現是由于正離子的子晶格與負離子的子晶格發(fā)生

5、相對位移。ABO3型鈣鈦礦晶胞結構鐵電材料的分類n（1）結晶化學分類n含有氫鍵的晶體：磷酸二氫鉀（KDP）、三甘氨酸硫酸鹽（TGS）、羅息鹽（RS）等。這類晶體通常是從水溶液中生長出來的，故常被稱為水溶性鐵電體，又叫軟鐵電體；n雙氧化物晶體：如BaTiO3（BaO-TiO2）、KNbO3（K2O-Nb2O5）、LiNbO3（Li2O-Nb2O5）等，這類晶體是從高溫熔體或熔鹽中生長出來的，又稱為硬鐵電體．它們可以歸結為ABO3型，Ba2+，K+、Na+離子處于A位置，而Ti4+、Nb6+、Ta6+離子則處于B位置。n（2）按極化軸多少分類n沿一個晶軸方向極化的

6、鐵電體：羅息鹽（RS）、KDP等；n沿幾個晶軸方向極化的鐵電晶體：BaTiO3、Cd2Nb2O7等。n（3）按照在非鐵電相時有無對稱中心分類n非鐵電相無對稱中心：鉭鈮酸鉀（KTN）和磷酸二氫鉀（KDP）族的晶體。由于無對稱中心的晶體一般是壓電晶體，故它們都是具有壓電效應的晶體；n非鐵電相時有對稱中心：不具有壓電效應，如BaTiO3、TGS（硫酸三甘肽）以及與它們具有相同類型的晶體。n（4）按相轉變的微觀機構分類n（5）"維度模型"分類法鐵電材料的歷史發(fā)展和現狀小型化鐵電薄膜及器件鐵電軟膜理論鈣鈦礦時期熱力學理論KDP時期發(fā)現鐵電性羅息鹽的發(fā)現CompanyLo

7、go鐵電材料的制備方法n1固相反應法n2溶膠--凝膠法n3熔鹽法n4噴霧分解法n5檸檬酸前驅法n6水熱法n7無鹵素法n8低溫液相法鐵電材料的應用鐵電存儲器(FRAM)鐵電存儲器（FRAM）產品將ROM的非易失性數據存儲特性和RAM的無限次讀寫、高速讀寫以及低功耗等優(yōu)勢結合在一起。FRAM產品包括各種接口和多種密度像工業(yè)標準的串行和并行接口，工業(yè)標準的封裝類型，以及4Kbit、16Kbit、64Kbit、256Kbit和1Mbit等密度。非易失性記憶體掉電后數據不丟失。可是所有的非易失性記憶體均源自ROM技術。你能想象到,只讀記憶體的數據是不可能修改的。所有以它

8、為基礎發(fā)展起來的非易失性記憶體都很難寫