铁电材料的研究.doc

本科毕业论文
铁电材料研究与进展
王壮
王壮
200831120224
指导教师徐初东
学院名称
理学院
专业名称
电子信息科学与技术
论文提交日期
2012年05月26日
论文答辩日期
年月日
摘要
具有铁电性,且厚度在数十纳米至数微米的薄膜材料称为铁电薄膜材料。铁电材料是一类重要的功能材料,是近年来高新技术研究的前沿与热点之一。这不仅是因为薄膜材料几何设计的可塑性,更重要的是铁电薄膜具有优越的介电性、压电性、电极化特性、热释电效应、电光效应、高解电系数和非线性光学性质等一系列特殊性质,可以利用这些性质制作不同的功能器件,并可望通过铁电薄膜材料与其它材料的集成或复合,制作集成性器件。随着铁电薄膜制备技术的发展,使现代微电子技术与铁电薄膜的多种功能相结合,必将开发出众多新型功能器件,促进新兴技术的发展,因此对铁电薄膜的研究已成为国内、国际上新材料研究中的一个十分活跃的领域。90年代,随着微电子技术、光电子技术和传感器技术等的发展,对铁电材料提出了小型轻量、可集成等更高的要求从而使大批新型铁电薄膜器件或器件原型不断涌现。在铁电薄膜的许多应用中,铁电存储器尤其引人注目。铁电薄膜存储器既有动态随机存储器(DRAM)快速读写功能,又有可擦除只读存储器(EPROM)的非易失性,还具有抗辐射、功耗和工作电压低、工作温度范围宽、易与大规模集成电路兼容等特点,因而在铁电随机存储器(FRAM)、超大规模集成动态随机存储器(ULSI DRAM)、铁电存储器全光存储器等领域有广阔的应用前景。
关键词铁电材料制备技术铁电薄膜铁电体
目录
1 引言 1
2 铁电材料概述 1
铁电材料概念 1
铁电体 2
自发极化 2
电滞回线 2
铁电体的分类 3
发展历史与现状 4
3 铁电薄膜的制备方法 7
物理制备方法 8
化学制备方法 9
金属有机化合物气相沉积(MOCVD) 9
溶胶—凝胶(Sol—Ge1)法 9
4 铁电薄膜的晶体结构 10
钙钛矿型结构 10
钨青铜型结构 11
铌酸锂型结构 11
烧绿石型结构 12
含铋层状结构 12
5 铁电薄膜的电性能 13
介电性 13
介电常数和损耗 13
压电性 14
压电材料的发展历史 14
压电效应 15
热释电性 15
热释电效应 15
热释电系数 15
6 铁电薄膜的应用 16
7 铁电材料的研究 19
铁电材料的研究背景 19
铁电材料的研究方法 19
Ginzburg·Landau-Devonshire(GLD)唯象理论 19
软模理论 20
铁电材料的研究现状 21
尺寸效应和表面界面效应 21
金属或半导体电极间的铁电薄膜 22
铁电聚合物和复合材料的研究 23
集成铁电体的研究 23
8 结论与展望 24
致谢 25
参考文献 26
Abstract 27
1 引言
一般认为,铁电性的研究始于1920年,是法国人Valasek发现的铁电现象,他观察到罗息盐(酒石酸钾钠,NaKC4H4O6 ·4H2O)的极化可以在施加外电场的情况下反向。1935-1938年,苏联的G·Busch 和P·Schemer 研制出水溶性压电晶体磷酸二氢钾( KH2PO4 ,简称KDP) 和磷酸二氢氨( (NH4) H2PO4,简称ADP),在四十年代得到了广泛应用,对铁电材料的发展起了很大的推动作用。目前,世界上的铁电元件的年产值己达数百亿美元。铁电材料是一个比较庞大的家族,目前应用得最好的是陶瓷系列。但是由于铅的有毒性及此类铁电材料居里温度低、耐疲劳性能差,铁电极化的保持力问题:铁电薄膜与衬底及电极之间的界面态问题;铁电薄膜的漏电流问题等原因,应用范围受到了限制。开发新一代铁电材料己成为当今的热门问题。
2 铁电材料概述
铁电材料概念
铁电材料,是热释电材料中的一类。它具有自发极化,而且在一定温度范围内,自发极化能够随外施电场的方向而改变。
它的极化强度P与外施电场强度E的关系曲线如图所示,与铁磁材料的磁通密度与磁场强度的关系曲线(B-H曲线)极为相似。极化强度P滞后于电场强度E,称为电滞曲线。电滞曲线是铁电材料的特征。即当铁电晶体二端加上电场E后,极化强度P 随E 增加沿OAB曲线上升,至B点后P 随E的变化呈线性(BC线段)。E下降,P不沿原曲线下降,而