铁电性质的测定
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。
铁电材料参数的测量解读
P
V
i
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
极化强度P，是介质小体积元ΔV 内 沿电场方向感应偶极矩的平均值。所 以P是一个宏观物理量，它的大小与 外加电场有关。
P 0 ( r 1)E
对各向同性电介质，各点极化强度 P与宏观电场强度E成正比。
铁电体
一般电介质 在外加电场下产生极化，去掉电场极化 就消失的电介质。
电滞回线
通常，铁电体自发极化的方向不相同，但在 一个小区域内，各晶胞的自发极化方向相同， 这个小区域就称为铁电畴。两畴之间的界壁 称为畴壁。
铁电畴在外电场作用
铁电畴 下运动的宏观描述 电滞回线
90o畴壁
180o畴壁
当E值降为零时，P值并不 下降为零(D点)。大部分电 畴仍停留在极化方向，因 而宏观上还有剩余极化强 度。称Pr为剩余极化强度。 要把剩余极化去掉，必须 再加反向电场，以达到晶 体中沿电场方向和逆电场 方向的电畴偶极矩相等， 极化相消。使极化强度重 新为零的电场Ec（F点） 称为矫顽电场。 反向电场继续增 加，则所有电畴 偶极矩将沿反向 定向，达到饱和 （图中G点） 反向电场继续增加，曲线 G至H段与B至C段相似。
在外电场作用下，围绕原子核的电子云相 对原子核发生弹性位移而形成偶极矩。
极性电介质
加上外电场时，1）分子正负电荷中心的相 对弹性位移；2）每个分子受到电场力矩的 作用，趋于转向外电场方向。
电介质的极化
(a)真空平板电容器 (b)平板电容器中的束缚电荷 图 平板电容器中介电材料的极化
极化强度
电介质的极化强度定义为单位体积电介质内 沿电场方向的电偶极矩的总合，即所谓极化 强度矢量P来表示。 ∑μi，小体积元ΔV 内沿电场 方向感应偶极矩之和。
铁电体电特性测量实验
片） 电特性参量． 的
关键 词 ： 滞 回 线 ； 电体 ； 电 陶 瓷 ； 片 机 接 口 电 铁 压 单
于直径 ｄ， Ｃ 《Ｃ ． 且 ｘ 。 由图 １可知 ：
一
由式 （ ） （） ４ 和 ５ 即可得 到
ｖ 一 。 ＣＤ ． （） ６
亳 ，
（ １ ）
由式 （ ） （ ） ３ 和 ６ 可知 ， 与
分别 与 待测 样 品 Ｃ 与Ｖ
的电场强 度 Ｅ、 电位 移 Ｄ 成 正 比．若将
测铁 电体 （ 电陶 瓷 片） 电特 性 参 量 ， 剩 余极 压 的 如 化强 度 Ｐ 、 自发极化 强度 Ｐ 及矫 顽场 强 Ｅ。 。 等．
１ 中
图 １ 电 滞 回线 发 生 器 电 路
Ｖ≈ Ｅ＾ ． （ ） ２
２ 电滞 回线 发 生 器
为 了研究 铁 电体 的电 特性 ， 常将 铁 电 体做 通 成 电容器 ， 即在 铁 电 体 的上 下 两 面 镀银 作 为 电 容
框图 如图 ２所示 ．
警 Ｊｌ 主 攀 ， ．机 Ｉ２ ｃ， ５２ ＰＨ １＿ ￣ 叽 ） Ｉ ｓ
图 ２ 测 量 系 统 框 图
图 ３为待 测 信 号 （ ） 的调 理 电路 ．由于 电滞 回线发 生器 的输 出 Ｖ 和 Ｖ 太 小 ， 需经 过 放 大方 可 进 行 Ａ／ 处 理 ， 以 使 其 分 别 通 过 由 Ｄ 所 Ｌ ２ Ｍ３ ４组 成 的两 级 放 大 电 路 将 信 号 放 大．输 入 信号首先通过 由 Ｌ ２ Ｍ３ ４组 成 的 电 压 跟 随器 ， 它 不仅 精 度高 ， 且 输 入 电阻 大 ， 出 电 阻小 ， 以 而 输 所
铁电材料性能测试与表征-河南大学精品课程网
铁电材料性能测试与表征-河南大学精品课程网铁电材料性能测试与表征【实验目的】1、了解铁电薄膜材料的功能和应用前景。
2、理解什么是铁电体，理解掌握电滞回线及其测量原理和方法。
3、掌握用溶胶-凝胶法制备PbTiO3薄膜。
4、学会用多种测试手段对PbTiO3薄膜进行结构分析和铁电性质表征。
【教学重点】1.铁电薄膜材料的性质和应用；2.溶胶-凝胶制备铁电薄膜的方法；3.铁电薄膜性质测试分析方法。
【教学难点】溶胶-凝胶制备薄膜工艺【时间安排】6学时【教学内容】一、检查学生预习情况检查预习报告。
二、学生熟悉实验仪器设备匀胶机，快速退火炉，X射线衍射仪（X R D）,扫描电子显微镜（S E M）,铁电测试仪等。
三、讲述实验目的和要求1.选用结晶乙酸铅、钛酸丁酯为离子源。
2.将结晶乙酸铅按所需比例称量，加入乙二醇乙醚，加热至80℃时乙酸铅溶解，118℃时乙酸铅中的结晶水挥发。
3.缓慢加入钛酸丁酯，并不停搅拌，124℃时乙酸丁酯挥发，铅钛复醇盐形成，135℃时溶剂挥发，冷却至室温。
4.加一定量的稀释剂和稳定剂，配成0.2mol/L的溶液。
5.用匀胶机多次甩胶成膜。
6.快速退火炉，450℃～700℃下热处理制成PbTiO3薄膜。
7.分别用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、对PbTiO3薄膜进行结构和形貌分析和观察。
8.用铁电测试仪对其铁电性进行分析。
四、实验原理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生长，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(10.1-1) ,此时可逆的畴壁移动成为不可逆的，极化随电场的增加变得比线性段快。
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，以致当电场为零时，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r P 。
铁电测试原理
铁电测试原理
铁电测试是一种用于测量铁电材料性质的测试方法。
铁电材料具有自发电偶极矩，并且能够在外加电场作用下产生电介质极化。
铁电测试主要通过测量材料的极化行为来评估其铁电性能。
铁电测试的基本原理是利用外加电场对铁电材料产生的极化效应进行检测。
在测试中，首先将待测试的铁电样品放置在测试装置中，并施加一个恒定电场。
然后，通过测量样品中的极化电荷或极化电流来评估铁电材料的性能。
常用的铁电测试方法包括极化-电压（P-V）测试和迭代抗收叠（PUND）测试。
在P-V测试中，通过改变施加在材料上的电
场大小，并测量相应的极化电荷或电流来建立极化-电压曲线。
这个曲线反映了材料的极化-电场关系，并可用于确定铁电材
料的极化特性。
PUND测试是一种动态测量方法，它通过施加一系列周期性电场脉冲来测量材料的极化响应。
在测试过程中，每个脉冲都会产生一个极化响应，而材料的极化水平则是通过不同脉冲之间的极化响应差异来确定的。
PUND测试可以提供更详细的铁电材料性能信息，如退极化电场、饱和极化和铁电畴切换等。
通过铁电测试，可以评估铁电材料的极化特性、响应时间、电介质的稳定性以及疲劳行为等。
这些测试结果对于理解铁电材料的性能、优化材料制备工艺和应用于电子器件中具有重要意义。
实验一 材料的铁电性能测量
4) 用鼠标选择“QuikLook”菜单下的“Hysteresis”命令，打开一个标题为Hysteresis QuikLook的对话框。（见图2）
5入测量任务的名字。
6) 在对话框的右上边的“Voltage Range”选择中，选择“External Amplifier”中的±10000Volts的选项。
2．实验仪器设备
本实验采用美国Radiant公司生产的铁电测试系统，该系统由精密工作站、高压工作界面（HVI）、10kV高压放大器（HVA）三部分组成。
3．测量步骤
1) 接通测试系统的电源，打开精密工作站的电源开关，起动精密工作站。
2) 按下Ctrl＋Alt＋Del，并输入密码，登录到WindowsNT，系统会自动打开VisionPro窗口（见图１）。
实验一 陶瓷的铁电性能测试
1． 原理
铁电体是在一定温度范围内含有能自发极化、并且自发极化方向可随外电场可逆转动的晶体。在铁电态下，晶体的极化与电场的关系有图1的形状，称为电滞回线。构成电滞回线的几个重要参数饱和极化强度（自发极化强度）Ps、剩余极化强度Pr、矫顽电场Ec，是衡量铁电体铁电性能的重要参数。
物理实验技术中的铁电材料测量与实验方法
物理实验技术中的铁电材料测量与实验方法引言：铁电材料作为一种特殊的功能材料，在电器和电子工业中有着广泛的应用。
为了研究和探索铁电材料的特性，科学家们开展了一系列的物理实验，并借助先进的测量和实验方法来获得准确和可靠的数据。
本文将介绍物理实验技术中常用的铁电材料测量与实验方法，并探讨它们的原理和应用。
一、铁电材料的基本特性和测量铁电材料具有独特的电极化特性，能够在外界电场的作用下发生自发极化。
为了测量铁电材料的电极化行为，通常使用电压-电荷曲线来描述材料的电极化状态。
常用的测量方法包括极化曲线测量和退极化曲线测量。
极化曲线测量是在不同的偏置电压下，测量材料的产生和消除极化的电荷量。
退极化曲线测量则是通过在一个初始电场下测量极化电荷，然后通过改变电场方向来观察电荷的变化。
这些测量方法能够提供有关铁电材料的极化行为和电压响应的重要信息。
二、电容法和介电谱测量电容法是一种常见的测量铁电材料性质的方法。
它通过测量材料的电容来推断材料的电极化状态。
电容法可以分为恒压法和交流法两种。
恒压法是通过在铁电材料上施加一个固定的电压，然后测量电容的变化来推断材料的电极化行为。
交流法则是通过施加交流电压，并测量材料的电容和电导率来得到材料的介电常数和损耗因子。
这些测量方法广泛应用于铁电材料的电容性能和其频率响应的研究中。
三、X射线衍射测量与结构分析X射线衍射是一种常用的分析方法，可以用于表征铁电材料的晶体结构和晶格参数。
这种方法可以通过材料对入射X射线的散射进行测量，从而确定材料的晶体结构和晶格常数。
X射线衍射方法常用的设备包括X射线衍射仪和衍射图谱仪。
X射线衍射仪通过测量材料对入射X射线的散射角度和强度来获得样品的衍射图谱。
衍射图谱仪则用于解析和分析衍射图谱，从而确定材料的晶体结构和晶格参数。
四、压电力显微术的应用压电力显微术是一种常用的表征铁电材料性质的方法，可以用于研究材料的电极化状态和压电响应。
这种方法利用原子力显微镜的力传感器，可以测量材料在外界电场或者压力作用下产生的微小位移或变形。
铁电体电特性测量实验
铁电体电特性测量实验郑明;李华;王璞瑞【摘要】利用电滞回线发生器,通过信号测量电路及计算机接口技术,描绘电滞回线,计算出待测铁电体(压电陶瓷片)的电特性参量.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2012(032)010【总页数】3页(P6-8)【关键词】电滞回线;铁电体;压电陶瓷;单片机接口【作者】郑明;李华;王璞瑞【作者单位】北京航空航天大学物理科学与核能工程学院,北京100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院,北京100191;北京航空航天大学物理科学与核能工程学院,北京100191【正文语种】中文【中图分类】O482.4铁电体是一类用途十分广泛的电介质材料，在通讯、导航、测控、传感器等技术领域有着十分重要的应用.所谓铁电体，是指具有自发极化，且自发极化方向可随外电场而反向的物质.在一定的温度范围内，铁电体的极化强度P不随外电场E作线性变化，呈现出电滞回线的关系.本实验利用电滞回线发生器，通过信号测量电路及计算机接口技术，描绘电滞回线，计算出待测铁电体（压电陶瓷片）的电特性参量，如剩余极化强度Pr、自发极化强度Ps及矫顽场强Ec等.为了研究铁电体的电特性，通常将铁电体做成电容器，即在铁电体的上下两面镀银作为电容器的电极，铁电体即为充满其间的电介质，研究此电容器的电特性即可达到目的.图1为典型的Sawyer－Tower电滞回线发生器电路［1］.由信号源提供的交流信号经升压变压器升高后提供给电滞回线发生器.图1中Cx为待测样品（本实验选取的是压电陶瓷），其厚度h远远小于直径d，且Cx≪C0. 由图1可知：由于Cx≪C0，故可认为加在Cx上的电压近似为变压器的输出电压V，于是综合式（1）和（2），有设Q为C0极板上的电荷，则因Cx与C0串连，两电容极板上的电荷相等，此电荷可通过Cx内的电位移D和Cx极板面积S表述为由式（4）和（5）即可得到由式（3）和（6）可知，Vx与Vy分别与待测样品Cx的电场强度E、电位移D成正比.若将Vx与Vy分别接至示波器的X，Y输入端，则可在示波器上观察到电滞回线波形［2－3］.传统的示波器法，不便于得到待测铁电体的各种物理参量.为了定量计算被测样品的电特性参量，需将2路模拟信号Vx和Vy变换成数字信号，以便计算机处理.测量系统硬件电路的原理框图如图2所示.图3为待测信号Vx（Vy）的调理电路.由于电滞回线发生器的输出Vx和Vy太小，需经过放大方可进行A／D处理，所以使其分别通过由LM324组成的两级放大电路将信号放大.输入信号首先通过由LM324组成的电压跟随器，它不仅精度高，而且输入电阻大，输出电阻小，所以能真实地将输入信号传给负载.输入信号经过跟随器后，经由LM324组成的反相放大电路将输入信号放大至适合A／D转换的电压范围内.如前所述，电滞回线是通过比较Vx与Vy而得到，而Vx与Vy均是随时间变化的，由于CPU在同一时刻只能对某一路信号进行采样，为了得到同一时刻的Vx与Vy，就需要利用采样保持器LF398，通过对同一时刻X与Y两路信号采样保持，CPU经过A／D转换器件分2次读出经过保持的信号，等同于获得了同一时刻的Vx与Vy，从而提高了测量精度.采用8位A／D转换器ADC0809将采样后的模拟信号变换成数字信号［4］，它所需要的时钟输入信号由单片机的ALE脉冲信号经74LS74分频后来提供，如图4所示.测量系统的CPU选用89C51，它内部集成了可重复擦写的程序存储器，既减小了元器件的使用数量，又便于硬件电路的开发与升级.RS232串行通信接口电路采用MAX232，用于将TTL电平转换成RS－232电平，以便测量系统与主机之间进行数据传输.89C51中的RXD是串行数据接收端，TXD是发送端，MAX232中的R1IN用于接收从主机通过串行线传送的命令数据，而T1OUT则用于将已经转换成RS－232电平的测量数据传送到连接主机的串行线上.系统测量装置软件使用汇编语言编写，其软件流程如图5所示.在开机上电后，首先初始化各控制寄存器与计数寄存器，然后进入采样循环，采样间隔可由主机设置，每次采样通过LF398同时对Vx与Vy进行采样保持，然后通过ADC0809分别对2路信号进行模数转换（选通道X、选通道Y），将此组数据存放在CPU内部RAM缓冲区，直到采完100组数据.随后向上位机发送数据，并开始下一轮采样循环.实验中的压电陶瓷样品选用钛酸钡（Ba－TiO3）制备，为了降低线性感应电容对测量结果的影响，在条件容许的范围内尽量减小样品电极的面积［5］，其电极有效面积为2mm2，样品厚度0.1mm.主机软件采用LabVIEW编写，主机接收来自下位机（测量装置）的数据后可以在计算机屏幕上绘出电滞回线的图形，如图6所示，对其进行分析计算可得到待测铁电体材料的电特性参量，其剩余极化强度Pr为5.98×10－6C／cm2，自发极化强度Ps为9.67×10－6C／cm2，矫顽场强Ec为3.31kV／cm.铁电体电特性测量实验的研制开发得到了北京航空航天大学蓝天新星基金支持.实际应用表明：本文述及的铁电体电特性测量实验电路设计简单可靠，可方便地在微机屏幕上绘制待测铁电体的电滞回线图形，并可迅速得到其一系列的电特性参量.【相关文献】［1］李远，秦自楷，周志刚.压电与铁电材料的测量［M］.北京：科学出版社，1984：125－132.［2］曾亦可，刘东梅，王培英，等.铁电薄膜电滞回线测量研究［J］.功能材料，1998，29（6）：600－603.［3］钱水兔，李光远.铁电体的电滞回线演示［J］.物理实验，1993，13（6）：244－246. ［4］李朝青.单片机原理及接口技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2005：259－263. ［5］ Miller S L，Schwank J R，Nasby R D，et al.Modeling ferroelectric capacitor switching with asymmetric nonperiodic input signals and arbitrary initial conditions ［J］.J.Appl.Phys.，1991，70（5）：2849－2860.。
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我的课题是做铁电材料，相关的电分析化学知识不太多，但是我们要用到铁电仪对材料的铁电性质做一个表征，也不知道算不算电分析的范畴，节选一些内容向田丹碧老师做一下汇报------写在前面的话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。
实验原理及其实验仪器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。
电场在正负饱和度之间循环一周时，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V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（这就是著名的Sawyer-Towe r 电路），以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，因yx xy x y C C C C V V ==ωω11(12.2-1) 式中ω为图中电源V 的角频率 d SC 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 y x 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。
（2）居里点Tc当温度高于某一临界温度Tc 时,晶体的铁电性消失。
这一温度称为铁电体的居里点。
由于铁电体的消失或出现总是伴随着晶格结构的转变，所以是个相变过程，已发现铁电体存在两种相变：一级相变伴随着潜热的产生，二级相变呈现比热的突变，而无潜热发生，又铁电相中自发极化总是和电致形变联系在一起，所以铁电相的晶格结构的对称性要比非铁电相为低。
如果晶体具有两个或多个铁电相时，最高 的一个相变温度称为居里点，其它则称为转变温度。
（3）居里-外斯定律由于极化的非线性，铁电体的介电常数不是常数，而是依赖于外加电场的，一般以OA曲线（图12.2-1）在原点的斜率代表介电常数，即在测量介电常数 时，所加外电场很小，铁电体在转变温度附近时，介电常数具有很大的数值，数量级达5410~10。
当温度高于居里点时，介电常数随温度变化的关系 ∞+-=εεCT T C 0 （12.2-5） 2、铁电体和铁电存储的应用铁电体具有介电、压电、热释电、铁电性质以及与之相关的电致伸缩性质、非线性光学性质、电光性质、声光性质、光折变性质、铁电记忆存储性能等等，都与其电极化性质相关，特别是电介质的热释电与铁电性质都与其自发极化相关。
由于铁电体具有上述性质，因而在诸多高技术中有着很重要的应用。
利用其压电性能可制作电声换能器，用于超声波探测，声纳，稳频振谐器，声表面波器件等；利用其热释电性质可制作红外探测器，红外监视器，热成像系统等；利用非线性光学效应可制作激光倍频、三倍频、和频、差频器；利用电光性质可制作激光电光开关、光偏转器、光调制器等；利用声光效应可制作激光声光开关、声光偏转器、声光调制器等；利用光折变效应可制作光存储器件；而铁电材料的铁电性可制作铁电记忆存储器。
铁电记忆存储器（Ferroelectric Memory ）是利用铁电体所具有的电滞回线性质。
如图12.2-1所示，当加到铁电体上电场为零时，铁电体上仍保持有一定的极化强度Pr(或-Pr),这个极化电荷的符号取决于该电体上原加场的符号。
若原来加的正场，则当外场变为零场时，铁电体上为正的剩余极化（+Pr ）而若是从负场变到零场，则此时剩余极化为负（-Pr ）。
正是利用这无外场时所有的两个稳定极化±Pr 作为计算机编码0（Pr ）和1（Pr ），这就是铁电记忆及逻辑电路的基础。
铁电记忆存储是铁电体极少数利用铁电体的铁电性能去工作，而不是其他性能（如热电、压电、电光等）的应用。
在非挥发性铁电存储器应用中，即使电源突然中断，其储存的信息也可保持。
铁电体不仅作为一个电容，而且其本身也作为一个存储单元。
铁电存储器由于其尺寸小（是通常可擦除随机只读存储器的20%），抗辐照（特别适用于军用和航天使用），存储读取速度高，容易与硅工艺相容，因而有很好的前景。
目前铁电随机存储器已有商品销售，由其为核心的智能卡及作为嵌入式芯片已用于众多家电的控制器如洗衣机、游戏机、电视频道存储记忆器、复印机、收费站刷卡等等方面，随大存储量的产品出现将在数码相机、随身听中使用，市场前景看好。
铁电材料的铁电性能最为重要的表征是其电滞回线所反映的铁电性能，包括饱和极化Ps ,永久极化Pr ，矫玩场Ec 等，而对于用于铁电存储器的铁电薄膜来讲，除此之外还有漏电流k I ，铁电疲劳性能（永久极化与开关次数n ~Pr ）及铁电保持性能（永久极化与时间关系t ~Pr ）。
通常要求永久极化Pr /10C μ>2cm ，低矫玩场cm kV Ec /100<。
好的疲劳特性，在铁电翻转1010次时，永久极化很少变化。
在510秒内可较好的保持电荷，漏电流小于27/10cm A -。
3、铁电薄膜的制备方法目前制备铁电薄膜的方法主要有：Sol-Gel 凝胶法、MOCVD 法、PLD 法和溅射法。
在这些制备方法中，每一种都有自身的特点。
（1）Sol-Gel 凝胶法 Sol-Gel 凝胶法是将金属的醇盐或其他有机盐溶解于同一溶剂中，经过水解、聚合反应形成溶胶。
通过甩胶在基片上形成薄膜，经过干燥和退火处理，形成铁电薄膜。
此方法能够精确控制膜的化学计量比和掺杂，易于制备大面积的薄膜，适于大批量生产，设备简单，成本低，可与微电子工艺技术相兼容。
但这种方法易有不足之处，如膜的致密性较差，干燥处理过程中薄膜一出现龟裂现象，薄膜结构和生长速率对基片和电极材料很敏感。
迄今为止，利用该方法已制备出PT 、PZT 、PLZT 、BT 、ST 、BST 等多种铁电薄膜。
（2）MOCVD 法 MOCVD 法是将反应气体和气化的金属有机物前体溶液通过反应室，经过热分解沉积在加热的衬底上形成薄膜。
此法的主要优点是薄膜生长速率快，可制备大面积薄膜，能精确控制薄膜的化学组分和厚度。
但这种方法受制于金属有机源（MO ）的合成技术，难以找到合适的金属有机源，仅能用于少数几中薄膜的制备。
采用此方法已制备出PT、PZT、PLZT、BT及LN等铁电薄膜。
（3）PLD法PLD法是20世纪80年代发展起来的一种新型薄膜沉积技术。
它利用高功率的准分子脉冲激光照射到一定组分比的靶材上，使靶表面的数十米厚的物质转变为羽辉状等离子体，沉积到衬底上形成薄膜。
这种方法的主要优点是：能源无污染；薄膜成分与靶材完全一致，因而可严格控制；衬底温度较低，可获得外延单晶膜；成膜速率快。
但这种方法难以制备大面积均匀性好的薄膜。
目前利用PLD方法已制备了PT、PZT、BTO、及KTN等铁电薄膜。
（4）溅射法溅射法包括直流溅射、射频磁控溅射和离子束溅射。
溅射法的主要优点是工艺比较成熟，沉积温度较低，可获得外延膜。
但这种沉积膜速率较慢，组分和结构的均匀性比较难于控制。
4、实验仪器TD-88A型铁电性能综合测试系统配件清单：（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、一片带A/D、D/A及开关量控制输出功能的计算机接口卡和信号调理电路部分组成。
（2）测量电路目前，测量电滞回线的方法较多。