电磁滞回线实验.doc

铁电薄膜的铁电性能测量实验目的一、了解什么是铁电体,什么是电滞回线及其测量原理和方法。二、了解铁电薄膜电滞回线的形状及其产生原因。实验内容、方法主要通过计算机操作,调整测试铁电薄膜电滞回线极化电压等各参数,绘制电滞回线,并从回线上得出剩余极化强度强度Pr,自发极化强度Ps,以及矫顽电场Ec等参数。实验原理一、,且自发极化的方向随外电场方向的反向而反向。晶体的这种性质称为铁电性,具有铁电性的晶体成为铁电体,铁电体的重要特性之一是具有电滞回线。电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要依据,并且通过电滞回线的测量,可以测定铁电体的剩余极化强度Pr,自发极化强度Ps,以及矫顽场Ec等参数。电滞回线表明铁电体的极化强度P与外加电场E之间呈非线性关系,并且自发极化可随外电场方向反向而反向,回线所包围的面积就是极化强度反转两次所需要的能量。电滞回线的产生是由于铁电晶体中存在铁电畴。铁电体的自发极化强度并非整个晶体为同一方向,而是包括各个不同方向的自发极化区域。晶体由许多晶胞组成的。具有相同自发极化方向的小区域叫做铁电畴。铁电体未加电场时,由于自发极化取向的任意性和热运动的影响,宏观上不呈现极化现象。当加上外电场时,沿电场方向的电畴由于新畴核的形成和畴壁的运动,畴体积迅速扩大,而逆电场方向的电畴体积则减小或消失,即逆电场方向的电畴转化为顺电场方向。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,参见图(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,极化将沿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(PolarizationRemanent)。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(PolarizationSaturated)。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(Elctric-fieldCoercive)。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1铁电体的电滞回线图2电滞回线的显示铁电体中除了由于自发极化转向过程所产生的极化以外,还存在着线性感应极化;此外,铁电体的电导常常也很大。如果样品两端加上正弦交变电压:,则样品两端的电荷将由以下三个部分组成:(1)自发极化转向过程所提供的电荷。(2)感应极化过程所提供的电荷。(3)漏电导等损耗所提供的电荷。研究电滞回线的目的,主要在于考察与自发极化转向过程有关的各种现象。实验上所得到的回线形状与下列几个因素有关:如样品的尺寸、温度、湿度,晶体的质地,样品原先的热和电的经历,以及交变电场的频率等。实际的晶体不是非常完美的,因此很难得到比较理想的矩形回线,即使是比较好的晶体,其电滞回线的拐角处也总是被稍微变圆。对于大多数铁电陶瓷来说,因自发极