铁电薄膜铁电性能的表征

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铁电材料的制备及其铁电性能研究

铁电材料的制备及其铁电性能研究

铁电材料的制备及其铁电性能研究铁电材料是指具有铁电性质的材料,铁电性质是指在外加电场下,材料会发生极性翻转,即正负极性相互转换。

这种性质使铁电材料广泛应用于存储器、传感器、激光器、换能器、电容器等领域。

本文将介绍铁电材料的制备方法及其铁电性能研究。

一、铁电材料的制备方法1.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种低温热处理制备铁电材料的方法。

首先,将合适比例的金属盐溶解在水和有机物的混合液中,然后使之脱水凝固,得到凝胶。

接着,将凝胶热处理干燥,形成透明的玻璃状材料。

该方法制备的铁电材料具有良好的机械性能和化学稳定性。

2.物理气相沉积法物理气相沉积法是一种高温热处理制备铁电材料的方法。

在该方法中,通过激光或者热蒸发等方式将材料原子或分子蒸发,沉积在基底上,形成薄膜结构。

该方法具有工艺简单、生产效率高等优点,可以制备出高质量的铁电薄膜材料。

3.气相沉积法气相沉积法是一种制备铁电材料薄膜的方法,通过气体反应沉积铁电薄膜。

该方法可以制备出大面积、高质量、低成本的铁电薄膜。

在该方法中,可以通过改变反应条件来控制铁电薄膜的性能,如薄膜的微观结构和组分等。

二、铁电材料的铁电性能研究研究铁电材料的铁电性能是了解材料电性能的一种重要手段。

以下是常用的铁电性能研究方法。

1.压电测试压电测试是通过在机械应力下测量铁电材料的电感生成能力来研究铁电性质。

在该测试中,将电极夹在铁电材料两端,给材料施加机械压力后,测量材料中电极间电势差的变化,进而计算出电感。

2.电容测试电容测试是一种测量铁电材料铁电性能的方法。

在该测试中,先将材料置于电场中,并在电场强度不断增大的过程中测量材料的电容变化,进而计算出材料的介电常数与电容变化量之间的关系。

通过电容测试可以了解材料的介电常数、铁电极化强度和耐电压强度等参数。

3.极化测试极化测试是一种研究材料极化行为的方法。

该测试中,通过在外场的作用下,测量材料中电极间电势差,进而计算出铁电极化强度的大小。

铁电薄膜材料及其应用

铁电薄膜材料及其应用

铁电薄膜材料及其应用一、引言铁电薄膜材料是一种重要的功能材料,具有优异的电学、铁电和机械性能,广泛应用于信息存储、传感器、微电子机械系统等领域。

本文将介绍铁电薄膜材料的特性、制备方法及其应用领域。

二、铁电薄膜材料的特性1.电学性能铁电薄膜材料具有高度的自发极化和电畴结构,可以在外加电场的作用下发生极化反转,产生较大的极化强度和位移,表现出优异的铁电性能。

此外,铁电薄膜材料还具有较高的介电常数和较小的漏电流等特点。

2.铁电稳定性铁电薄膜材料的铁电稳定性是其在实际应用中的重要性能之一。

铁电稳定性取决于材料的结构、成分和制备工艺等因素。

具有高稳定性的铁电薄膜材料可以在长时间内保持其铁电性能,不易发生退化或失效。

3.机械性能铁电薄膜材料通常具有较好的机械性能,如高硬度、高韧性、良好的耐磨性和耐腐蚀性等。

这些机械性能使得铁电薄膜材料在传感器、微电子机械系统等领域中具有广泛的应用前景。

三、制备方法1.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备铁电薄膜材料的方法。

该方法是将前驱体溶液涂覆在基片上,经过干燥、热处理等过程,制备出铁电薄膜材料。

溶胶-凝胶法制备的铁电薄膜材料具有成分均匀、纯度高、制备温度低等优点,但该方法也存在制备周期长、生产效率低等缺点。

2.脉冲激光沉积法脉冲激光沉积法是一种利用激光能量将靶材气化,然后在基片上沉积成膜的方法。

该方法制备的铁电薄膜材料具有结构致密、成分均匀、表面平整等特点,适用于大面积制备高质量的铁电薄膜材料。

但该方法也存在设备昂贵、制备成本高等缺点。

3.金属有机化学气相沉积法金属有机化学气相沉积法是一种利用金属有机化合物和反应气体在基片上沉积成膜的方法。

该方法制备的铁电薄膜材料具有组分灵活、制备温度低、生产效率高等优点,但该方法也存在设备复杂、气体纯度要求高等缺点。

四、应用领域1.铁电存储器由于铁电薄膜材料具有高极化强度和稳定的铁电性等特点,因此被广泛应用于制备铁电存储器。

利用铁电薄膜材料的极化状态变化可以实现信息的写入和擦除,具有非易失性、高速、低功耗等优点。

铁电薄膜及铁电存储器的研究进展

铁电薄膜及铁电存储器的研究进展

铁电薄膜及铁电存储器的研究进展
周益春;唐明华
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2009(023)009
【摘要】铁电薄膜是具有铁电性且厚度尺寸为数纳米到数微米的薄膜材料,因其在非挥发性铁电随机存储器方面的潜在应用而受到广泛关注.综述了新型无铅、无疲劳Bi4Ti3O12(BIT)基铁电薄膜材料的制备和改性及性能表征方法,阐述了铁电薄膜的3种失效机制及铁电薄膜存储器的研究现状,最后提出了铁电薄膜及存储器今后可能的研究方向.
【总页数】19页(P1-19)
【作者】周益春;唐明华
【作者单位】湘潭大学低维材料及其应用技术教育部重点实验室,湘潭,411105;湘潭大学低维材料及其应用技术教育部重点实验室,湘潭,411105
【正文语种】中文
【中图分类】TN384
【相关文献】
1.大面积铁电薄膜的MOCVD制备及铁电存储器的研制 [J], 王弘
2.铁电薄膜及铁电存储器研究 [J], 武德起;刘保亭;闫正;闫常瑜;赵庆勋
3.Bi4Ti3O12铁电薄膜及其铁电存储器 [J], 乔燕
4.铁电存存储器的特点和铁电薄膜研究的新动向 [J], 张惠丰;罗维根
5.铁电薄膜和铁电场效应存储器研究 [J], 周文利;于军;曹广军
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Al2O3衬底上Pb(ZrTi)O3铁电薄膜的外延生长与性能

Al2O3衬底上Pb(ZrTi)O3铁电薄膜的外延生长与性能

构材料的缓冲作 用,Yamada等 在 Al2O3 衬 底 上 成 功 外 延 生 长了 BST 薄膜 。 [7] 而 Xiao等则通过 增 加 MgO/ZnO 双 缓 冲 层成 功 在 Al2O3 衬 底 上 获 得 了 高 质 量 的 BST 铁 电 薄 膜 。 [8] 在前人报道的 基 础 上,本 实 验 首 次 以 SrRuO3(SRO)为 缓 冲 层,在 Al2O3 衬底上 外 延 生 长 PZT 薄 膜。SRO 为 钙 钛 矿 立 方结构,具有金 属 导 电 特 征。 以 SRO 导 电 层 为 缓 冲 层 有 利 于降低界面电 荷 的 积 累,从 而 增 强 器 件 的 性 能。 同 时,SRO 还可以作为 PZT 铁电极化性能测量的电极。
Key words buffer,ferroelctric,epitaxial growth
0 引 言
近年来,由于具有优良的铁电、压 电、热 释 电 及 电 光 等 特 性,铁电薄膜材料在非易失性铁电存 储器、微 型 机 电 系 统、传 感器和光电器 件 等 领 域 得 到 了 广 泛 研 究 。 [1] 为 保 证 铁 电 器 件具有理想的性能,要求铁电材 料 具 有 较 大 的 剩 余 极 化(Pr) 和较低的矫顽场(Ec)。PbZr1-xTixO3(PZT)铁 电 薄 膜 所 具 有 的优良介电和铁电性能使其成为首选材料之一。随着薄膜 制备技术的不断发展和工艺条 件的不断成 熟,国 内 外 研 究 人 员已 在 多 种 衬 底 材 料 上 (如 SrTiO3、MgO、蓝 宝 石 (Al2O3) 等 )制 [2-6] 备 了 高 质 量 的 PZT 薄 膜 材 料。 在 这 些 衬 底 材 料 中,Al2O3 以其低造价、低介电损耗及优良的热稳定性等 优 点 而备受关注。可以 预 想 在 Al2O3 衬 底 上 生 长 高 质 量 的 外 延 PZT 薄膜将有利于开发新型的光电和微波器件。

超薄、连续PVDF铁电薄膜的制备与表征

超薄、连续PVDF铁电薄膜的制备与表征

超薄、连续PVDF铁电薄膜的制备与表征张龙;王东栋;张春梅;杨丽珍【摘要】为了改善旋涂法制备纳米级超薄PVDF铁电薄膜的致密性和连续性,研究基体的表面处理对PVDF成膜性的影响,进行了对基体表面处理、改变PVDF 溶剂成分、旋涂后的退火温度等对超薄PVDF铁电薄膜的连续性、表面形貌及其成分结构的影响研究。

研究对硅和玻璃基底表面处理,紫外( UV)和氧等离子体辐照,改变基底的表面能后 PVDF 在基底上铺展特性。

薄膜的表面形貌通过KEYENCE VHX-600超景深三维视频显微镜、扫描电子显微镜( SEM)和原子力显微镜( AFM)观察,采用傅里叶变换红外光谱( FTIR)和X射线衍射( XRD)对薄膜结构进行表征。

结果表明:基底经过氧等离子处理可使质量分数为0.2%的PVDF 溶液在硅和玻璃基体上形成超薄、连续的PVDF铁电薄膜。

%In order to improve the compactness and continuity of the PVDF ferroelectric thin film prepared by spin coating method, the effect of surface treatment on the PVDF film is studied. Using spin coating method to fabricate ultrathin poly-vinylidene fluoride ( PVDF ) ferroelectric film on silicon and glass substrates, with ultraviolet ( UV ) light radiation and oxygen plasma we treated substrates, respectively, to change the surface energy and wettability in order to have better spread of PVDF solution on the substrate surface. The film surface morphology was scanned by KEYENCE VHX-600 three dimensional video microscope, scanning electron microscope (SEM) and atomic force microscope ( AFM). The film structure was analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy ( FTIR) and X-ray diffraction ( XRD). We concluded that with the oxygen plasmatreatment,the ultrathin and continuous PVDF ferroelectric film could be formed on the substrate surfaces rather than using UV light radiation when N, N-dimethyl formamide (DMF) was used as solvent of PVDF at mass fraction of 0.2%.【期刊名称】《北京印刷学院学报》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P65-68)【关键词】聚偏氟乙烯;超薄连续;铁电薄膜;氧等离子体【作者】张龙;王东栋;张春梅;杨丽珍【作者单位】北京印刷学院等离子体物理与材料研究室,北京102600;北京印刷学院等离子体物理与材料研究室,北京102600;北京印刷学院等离子体物理与材料研究室,北京102600;北京印刷学院等离子体物理与材料研究室,北京102600【正文语种】中文【中图分类】TB43近年来,超分子、超细微粒、超薄薄膜的概念相继出现,各国科学家致力于这类纳米薄膜的制备研究[1]。

pt系铁电材料的制备与性能表征

pt系铁电材料的制备与性能表征

电子科技大学硕士学位论文PT系铁电材料的制备与性能表征姓名:***申请学位级别:硕士专业:应用化学指导教师:***20050121摘要本论文分两步研究了钛酸铅(PT)系铁电材料的制备工艺技术、物化结构表征及铁电、介电、热释电性能。

首先我们以铁电陶瓷为研究对象,利用传统工艺方法制备了铁电PZT陶瓷靶材,并对掺杂、组分、工艺等因素对陶瓷块材的介电、铁电性能的影响进行了探讨。

然后以铁电薄膜材料为研究对象,采用溶胶~凝胶(Sot—Gel)法制备了PT系铁电薄膜,对薄膜的形貌、厚度、结晶等性能进行了表征,对铁电薄膜材料的介电、铁电、热释电性能进行了研究分析。

主要内容如下:1、采用传统陶瓷工艺制备了复合掺杂ca、sr和La三元素的PZT陶瓷。

着重研究了Zr/Ti及退火温度对PZT陶瓷性能的影响,研究发现:此二因素都是影响PZT样品性能的关键因素。

随Zr/Ti值在0.4/0.6到0.55/0.5范围内增大,样品的剩余极化值只、介电常数r、损耗因子留J等参数均基本呈现增大趋势。

这是因为Zr/Ti在0.53/0.47的相界附近晶格畸变会发生突变,在此区域铁电体结构较松弛,介电常数较大,内耗也较大。

但烧结温度对不同组分的样品性能的影响没有显现出特别明显的规律。

2、着重对掺La”、Mn”对PZT陶瓷结构与性能的影响作了研究和探讨,通过对添加两物质的样品的介电、铁电性能的比较发现:掺La”可以增大剩余极化值和损耗;掺杂Mn”可以降低损耗;同时加入La”、Mn”可以调整PZT性能得到理想的效果。

Pb过量0.05mol、Zr/Ti为55/45、掺La”量为2atm%、掺Mn”量为O.15wt%的PZT组分,在1200℃烧结,保温90分钟得到的陶瓷材料具有良好的铁电和介电性能:矩形度良好的电滞回线、剩余极化值只为40“c/cm2、矫顽场基为0.476KV/cm、介电常数f为908,损耗因子tg占仅为0.6%。

该材料有望成为陶瓷靶材在脉冲激光沉积法(PLD)制备铁电薄膜的工艺中得到应用。

铁电薄膜铁电性能的表征

铁电薄膜铁电性能的表征

铁电薄膜铁电性能的表征091120***引言:铁电体是如此一类晶体:在必然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.铁电体并非含“铁”,只是它与铁磁体具有磁滞回线相类似,具有电滞回线,因此称为铁电体。

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。

铁电体即便在没有外界电场作用下,内部也会显现极化,这种极化称为自发极化。

自发极化的显现是与这一类材料的晶体结构有关的。

晶体的对称性能够划分为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)发生转变,才能显示固有的极化,这能够通过测量一闭合回路中流动的电荷来观测。

热释电确实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,其特点确实是自发极化强度可因电场作用而反向,因此极化强度和电场E 之间形成电滞回线是铁电体的一个要紧特性。

自发极化可用矢量来描述,自发极化出此刻晶体中造成一个特殊的方向。

晶体红,每一个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿那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。

在其正负端别离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,因此均匀极化的状态是不稳固的,晶体将分成假设干小区域,每一个小区域称为电畴或畴,畴的间界叫畴壁。

畴的显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固性。

实验目的:1、了解铁电参数测试仪的工作原理和利用方式2、了解什么是铁电体,什么是电滞回线及其测量原理和方式。

PZT铁电薄膜材料的制备技术

PZT铁电薄膜材料的制备技术

PZT铁电薄膜材料的制各技术1.铁电薄膜材料背景综述薄膜和层状结构工艺的进步对于集成电路和光电子器件的发展是至关重要的臼。

铁电薄膜是指具有铁电性、且厚度在数十纳米至数微米问的薄膜。

铁电材料的研究一般被认为是始于1920年,法国人发现了罗息盐,即酒石酸钾钠(NaKC4H4O6-4H2O),在外电场E作用下,其极化强度P有如图1所示滞后回线关系,表现出特殊的非线性介电行为。

由于图1的P・E 关系曲线有和铁磁体的关系曲线相类似的特点,因而P-E关系被称为电滞回线(Hysteiesisloop)拥有这种特性的晶体被称为“铁电体”,相应的材料被称为“铁电材料”口】。

随后发现了相似结构的KH2P。

4系列;1940〜1958年,发现了第一个不含氢键,具有多个铁电相的铁电体BaPCh; 1959年到上世纪70年代,包括钙钛矿结构的PbPO3系列、铝青铜结构的锯酸盐系列等在内的大量铁电体被发现,也是铁电的软模理论出现并基本完善的时期;上世纪80年代至今,铁电体的研究主要集中于铁电液晶、聚合物复合铁电材料、薄膜材料和异质结构等非均匀系统。

以钻钛酸铅Pb(Zr】_xPx)O3(简称PZT)为代表的一大类铁电压电功能薄膜材料因其具有良好的压电、铁电、热释电、电光及非线性光学等特性,在微电子和光电子技术领域有着广阔的应用前景,受到人们的广泛关注和重视几乎所有的铁电体材料均可通过不同的制备技术制成相应的薄膜材料,但迄今为止研究较为集中的铁电薄膜材料主要有两大类,一类是钛酸盐系铁电薄膜; 另一类是锯酸盐系铁电薄膜。

最典型的铁电体是具有钙铁矿结构的铁电体-ABO3(Perovskite)结构,如图2 所示。

佟I 2钙钛矿铁电材料晶胞小意图PZT是典型的ABO3钙钛矿结构,在每个钙钛矿元胞中,铅离子(Pb?与占据8个顶点的位置,氧离子(O')占据6个面心,结或钛粒子亿产m4+)位于八面体的空位。

在现有的铁电薄膜材料中,使用较多的是PZT薄膜系列。

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铁电性【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。

晶体中,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相对位移,使电荷正负重心不重合,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,每个小区域内部电偶极子沿同一方向,但各个小区域电偶极子方向不同,这些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构型。

二、实验目的1、了解什么是铁电体,什么是电滞回线及其测量原理和方法。

2、了解铁薄膜材料的功能和应用前景。

三、实验原理1、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,极化线性地依赖于电场见图(12.2-1) ,此时可逆的畴壁移动成为不可逆的,极化随电场的增加比线性段快。

当电场达到相应于B点值时,晶体成为单畴,极化趋于饱和。

电场进一步增强时,由于感应极化的增加,总极化仍然有所增大(BC)段。

如果趋于饱和后电场减小,极化将循 CBD段曲线减小,以致当电场达到零时,晶体仍保留在宏观极化状态,线段OD 表示的极化称为剩余极化Pr 。

将线段CB 外推到与极化轴相交于E ,则线段OE 为饱和自发极化Ps 。

如果电场反向,极化将随之降低并改变方向,直到电场等于某一值时,极化又将趋于饱和。

这一过程如曲线DFG 所示,OF 所代表的电场是使极化等于零的电场,称为矫顽场?Ec 。

电场在正负饱和值之间循环一周时,极化与电场的关系如曲线CBDFGHC所示此曲线称为电滞回线。

图12.2-1 铁电体的电滞回线图12.2-2 电滞回线的显示电滞回线可以用图12.22-2的装置显示出来(这就是着名的Sawyer-Tower 电路),以铁电晶体作介质的电容C x 上的电压V 是加在示波器的水平电极板上,与C x 串联一个恒定电容C y (即普通电容),C y 上的电压V y 加在示波器的垂直电极板上,很容易证明V y 与铁电体的极化强度P 成正比,因而示波器显示的图象,纵坐标反映P 的变化,而横坐标V x 与加在铁电体上外电场强成正比,因而就可直接观测到P-E的电滞回线。

下面证明V y 和P 的正比关系,yx xy x y C C C C V V ==ωω1112.2-1) 式中ω为图中电源V 的角频率d S C x 0εε=ε为铁电体的介电常数,0ε 为真空的介电常数,S 为平板电容x C 的面积,d 为 平行平板间距离,代入(12.2-1)式得: E C S d V C S V C C V yx y x Y x y 00εεεε=== (12.2-2) 根据电磁学E E E P χεεεεε000)1(=≈-= (12.2-3)对于铁电体>>ε1,固有后一近似等式,代入(12.2-2)式 , P C S V yy =因S 与y C 都是常数,故Vy 与P 成正比。

四、测量仪简介1、铁电性能综合测试仪硬件结构铁电薄膜材料的测量仪主要包括可编程信号源、微电流放大器、积分器、放大倍数可编程放大器、模/数转换器、数/模转换器、微机接口部分、微机和应用软件等部分组成。

系统框图见图12-2-3,硬件系统由一台计算机、信号调理电路部分组成。

图12-2-3 铁电性能测量仪结构框图2、实验内容测量铁电薄膜样品的电滞回线,画出电滞回线及得到铁电薄膜材料的饱和极化±Ps 、剩余极化±Pr 、矫顽场±Ec 、电容量C 等参数。

【实验步骤】1. 准备工作:首先开启计算机,阅读仪器说明书。

2. 初始化:在低电压(100V )下运行测量软 件,开启测量仪,并检查探针位置是否正确。

3. 确定高压区间?V :调整高电压和低电压, 观察能出现标准电滞回线的最大和最小的 电压值,并记录为Vmax 和Vmin ,高压区间 为?V = Vmax ? Vmin 。

值得注意的是,软 件中输入的高压值在本次试验的试验仪上 通常达不到,因此需要输入比目标电压更高 一些的电压值,电压值以实际高压为准。

备 注:高压区间指的是保持标准电滞回线的最 低和最高电压。

4. 测量电滞回线:在刚刚确定的那个电压范围内,选择五个电压值,间隔为?V /5,分别 测量在这五个电压值下的电滞回线,并且保留电滞回线测量数据。

5. 拷贝并带回电滞回线测量数据,以便于后续数据处理使用。

6. 实验结束后,先关闭测量仪,后关闭计算 机。

7. 用 电 滞 回 线 测 量 数 据, 计 算 相 应 的 数 据Pr 、Ps 、Ec 。

实验结果及数据处理【实验得到的图片截图】电压500v Ps 85.28(uc/cm2) Pr 69.28(uc/cm2) -pr -69.54(uc/cm2) +vc 193.37v -Vc -117.30v 电压550v Ps 86.43(uc/cm2) Pr 72.49(uc/cm2) -Pr -72.76(uc/cm2)+Vc 195.20v-Vc -120.8v电压650vPs 88.76(uc/cm2) Pr 74.82(uc/cm2) -Pr-77.76(uc/cm2) +Vc 202.8v-Vc -133.10v电压600vPs88.51(uc/cm2)+Pr72.40(uc/cm2)-Pr-75.06(uc/cm2) +Vc 199.40v -Vc -126.00v电压750VPs 91.20(uc/cm2)+Pr74.82(uc/cm2)-Pr-80.26(uc/cm2)+Vc 202.90v-Vc -132.70v电压700vPs 90.65(uc/cm2)+Pr74.96(uc/cm2)-Pr-77.24(uc/cm2)+Vc 202.9v-Vc -132.90v【数据绘制成的表格】Vmax 500 550 600 650 700 750Ps(uc/cm2) 85.28 86.43 88.51 88.76 90.65 91.20Pr(uc/cm2) 69.28 72.49 72.40 74.82 74.96 74.84-Pr(cu/cm2) -68.54 -72.76 -75.09 -77.76 -77.24 -80.26+Vc(V) 193.23 195.10 199.40 202.8 202.90 202.90-Vc(V) -117.30 -120.8 -126.00 -133.10 -132.90 -132.70由图可看出饱和极化强度随着外加电场的增加而增加,由图可知剩余极化强度随外加电场的增加而增加随后趋于饱和根据实验中得到的数据,我们可以画出相应的电压Vy(正比于极化P)对于外加电压U(正比于电场E)的图,相应的作图如图3所示。

值得注意的是,我们作图的数据并不直接是极化相对于电场强度的关系,而是电压Vy(mV ) ~ U(V )的关系,它们与我们需要测试的量成正比关系,因此图形形态上一样。

下面我们对于实验数据进行处理,可以得到不同高压下的自发极化Ps(nC/cm2)随外加电压U(V )的变化关系、剩余极化Pr(nC/cm2)随外加电压U(V )的变化关系以及矫顽场Ec(V )随外加电压U(V )的变化关系。

我们将相应的关系作图画出,如图4所示。

值得注意的是由电压Vy到极化P的换算由具体的测试仪器参数决定,下图中作图所用到的极化值由测试软件算出。

实验结果讨论与分析在实验中,我们观察到如下一些显着的现象:1. 电滞回线总体上呈现出中心对称的形态,在一些细节处表现出不对称的特征。

例如在穿越负Vy轴处出现的跳变等。

2. 随着外加电压的增大,电滞回线形态上“由胖变瘦”,与坐标轴围成的面积变大。

3. 随着外加电场的增大,自发极化Ps、剩余极化Pr和矫顽场Ec总体上都增大,并且对于剩余极化Pr和矫顽场Ec而言,其正向比负向的绝对值要大。

对于上述的某些现象给出一些相应的分析:1. 我们得到的大体中心对称形态的电滞回线与我们预期的标准电滞回线形态上吻合,说明本次试验装置的设置大体正确。

2. 从理论上来说,电滞回线的产生是因为畴壁在外场作用下翻转是存在极化弛豫。

铁电体由于极化弛豫会产生极化损耗,该行为不可逆,会产生能量损耗,能量损耗的量度可以由P ?E回线围成的面积计算得出。

通过量纲分析,P的量纲为C/m2,E的量纲为V /m,因此他们乘积A = P × E的量纲为J/m3,与能量成正比,其含义为损耗的能量。

因此我们可以得出结论,随着外加电压的增大,电场反转的损耗也增大。

另外,对于顺电体来说,极化强度与电场呈线性关系,因此没有极化损耗,表现为P ?E曲线围成的面积为零,因此无法观察到回线。

3. 电滞回线的形态有以下三个因素共同作用形成:电畴反转过程提供的极化电荷Qs(这里的Q代表电荷,它是由等效电路分析方法中得到的)、线性感应极化过程提供的电荷Qi、漏电电导和感应极化损耗提供的电荷Qr。

其中Qs是我们感兴趣的、可以形成一个回线的部分,它是由于电畴反转引起的;Qr使得回线的饱和支、上升支和下降支发生倾斜;Qi使得回线的饱和支畸变形成一个环状端。

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