铁电材料 新 参赛课件.ppt

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1、优质参赛课件主讲：***铁电材料铁电材料ferroelectricmaterials具有自发极化，且自发极化能够为外电场所转向的一类材料，称为铁电材料。铁电体的定义v铁电体的定义：指在温度范围内具有自发极化且极化强度可以因外电场而反向的晶体。v铁电体具有很多电畴且具有电滞回线。因此，凡具有电畴和电滞回线的介电材料就称为铁电体。v铁电体的晶体并不含有铁，铁电体常被称为息格毁特晶体。铁电体的主要特征值1.自发极化2.电畴3.电滞回线4.居里温度5.介电反常CompanyLogo自发极化v在没有外电场作用时，晶体中存在着由于电偶极子的有序排列而产生的极化，称为自发极

2、化。1、电畴ferroelectricdomain铁电体内自发极化相同的小区域称为电畴，～10μm；电畴与电畴之间的交界称为畴壁两种：90畴壁和180畴壁•电滞曲线是极化强度P滞后于电场强度E的曲线。•即当施加电场E，极化强度P随E增加沿曲线上升，至某点后P随E的变化呈线性。E下降时，P不随原曲线下降。当E为0时，极化强度不为0。为Pr，称剩余极化强度。只有加上反电场Ec时P为0。Ec为矫顽电场强度。•Ps为饱和极化强度居里温度v居里温度Tc是铁电相与顺电相的相转变温度，当T>Tc时，铁电现象消失，处于顺电相。当T

3、变。铁电相是极化有序状态，顺电相则是极化无序状态。而Tc称为居里点。介电反常v在弱电场作用下铁电体的介电性能可用各向异性介电常数ε来描述。ε可分为两个部分：其中一部分由各个畴的介电性能提供，这部分直到远红外频率都不依赖于外电场的强度和频率。另一部分与外电场作用下电畴结构的变化有关，它强烈地依赖于电场强度、频率和晶体的温度，而且与加外电场时电畴的原始结构有关。对于单轴铁电单晶体例如RS和KH2PO4，在垂直于铁电轴方向的介电常数ε随温度的变化并不十分显著；平行于铁电轴方向的介电常数ε则随温度变化很大，在居里点附近其相对值可迅速增大至104～105数量级；这种现象

4、称为"介电反常"。晶体结构v现在发现，具有铁电性的晶体很多，但概括起来可以分为两大类：va.一类以磷酸二氢钾KH2PO4--简称KDP--为代表，具有氢键，他们从顺电相过渡到铁电像是无序到有序的相变。以KDP为代表的氢键型铁晶体管，中子绕射的数据显示，在居里温度以上，质子沿氢键的分布是成对称沿展的形状。在低于居里温度时，质子的分布较集中且不对称于邻近的离子，质子会较靠近氢键的一端。b.另一类则以钛酸钡为代表，从顺电相到铁电相的过渡是由于其中两个子晶格发生相对位移。对于以为代表的钙钛矿型铁电体，绕射实验证明，自发极化的出现是由于正离子的子晶格与负离子的子晶格发生

5、相对位移。ABO3型钙钛矿晶胞结构铁电材料的分类n（1）结晶化学分类n含有氢键的晶体：磷酸二氢钾（KDP）、三甘氨酸硫酸盐（TGS）、罗息盐（RS）等。这类晶体通常是从水溶液中生长出来的，故常被称为水溶性铁电体，又叫软铁电体；n双氧化物晶体：如BaTiO3（BaO-TiO2）、KNbO3（K2O-Nb2O5）、LiNbO3（Li2O-Nb2O5）等，这类晶体是从高温熔体或熔盐中生长出来的，又称为硬铁电体．它们可以归结为ABO3型，Ba2+，K+、Na+离子处于A位置，而Ti4+、Nb6+、Ta6+离子则处于B位置。n（2）按极化轴多少分类n沿一个晶轴方向极化的

6、铁电体：罗息盐（RS）、KDP等；n沿几个晶轴方向极化的铁电晶体：BaTiO3、Cd2Nb2O7等。n（3）按照在非铁电相时有无对称中心分类n非铁电相无对称中心：钽铌酸钾（KTN）和磷酸二氢钾（KDP）族的晶体。由于无对称中心的晶体一般是压电晶体，故它们都是具有压电效应的晶体；n非铁电相时有对称中心：不具有压电效应，如BaTiO3、TGS（硫酸三甘肽）以及与它们具有相同类型的晶体。n（4）按相转变的微观机构分类n（5）"维度模型"分类法铁电材料的历史发展和现状小型化铁电薄膜及器件铁电软膜理论钙钛矿时期热力学理论KDP时期发现铁电性罗息盐的发现CompanyLo

7、go铁电材料的制备方法n1固相反应法n2溶胶--凝胶法n3熔盐法n4喷雾分解法n5柠檬酸前驱法n6水热法n7无卤素法n8低温液相法铁电材料的应用铁电存储器(FRAM)铁电存储器（FRAM）产品将ROM的非易失性数据存储特性和RAM的无限次读写、高速读写以及低功耗等优势结合在一起。FRAM产品包括各种接口和多种密度像工业标准的串行和并行接口，工业标准的封装类型，以及4Kbit、16Kbit、64Kbit、256Kbit和1Mbit等密度。非易失性记忆体掉电后数据不丢失。可是所有的非易失性记忆体均源自ROM技术。你能想象到,只读记忆体的数据是不可能修改的。所有以它

8、为基础发展起来的非易失性记忆体都很难写