毕业论文-取向生长Bi4Ti3O12铁电薄膜的回线动力学标度.doc

本科毕业论文(设计)题 目：取向生长bi4ti3o12铁电薄膜的回线动力学标度 学 院： 物理科学学院 专 业： 材料物理 姓 名： 指导教师： 2012年 6 月12 日5摘 要稀土掺杂层状钙钛矿结构的bi4ti3o12铁电薄膜具有居里温度高，自发极化大，耐疲劳性好的特点，适用于制作铁电储存器。由于bi4ti3o12铁电薄膜的自发极化矢量靠近a轴，近a轴生长的bi4ti3o12铁电薄膜具有大的剩余极化强度。对比研究了随机取向bi4ti3o12铁电薄膜和a/b轴择优取向bi4ti3o12铁电薄膜的回线动力学标度。结果表明a/b轴高择优取向度的bi4ti3o12铁电薄膜的标度关系为：低频段f0.043e0 0.8；高频段f -0.21e00.8。a/b轴低择优取向度的bi4ti3o12铁电薄膜的标度关系为：f -0.05e00.917。随机取向bi4ti3o12铁电薄膜的标度关系在高频和低频统一为f -0.07e01.31。abstractthe rare-earth doped ferroelectric bi4ti3o12 of layered-perovskite which has high curie temperature , large spontaneous polarization and good fatigue resistance, is one of the candidate materials for nonvolatile ferroelectric memory application.due to the spontaneous polarization of the bi4ti3o12 thin films is close to the a-axis, the a-axis (or near a-axis) growth bi4ti3o12 thin films has a large remanent polarization.the scaling behavior of the dynamic hysteresis on a/b-axes oriented and randomly oriented bi4ti3o12 thin films was investigated. the scaling relations of a/b-axes oriented bi4ti3o12 of high preferential orientation degree thin films were f 0.043e00.8 when f 1/te and f -0.21e00.8when f 1/te.the scaling relations of a/b-axes oriented bi4ti3o12 of low preferential orientation degree thin films were f -0.05e00.917 .while the scaling relations of randomly oriented bi4ti3o12 thin films f -0.07e01.31. 目 录第一章 铁电材料综述11.1铁电材料的定义11.2铁电薄膜21.3取向生长bi4ti3o12铁电薄膜3第二章 动力学标度及其意义42.1电滞回线的产生42.2回线动力学标度42.3进行回线动力学标度的意义42.4铁电材料动力学标度的研究现状5第三章 实验方法73.1实验方案73.2测量电滞回线的原理和方法73.3数据处理方法8第四章 bi4ti3o12薄膜的回线动力学标度104.1随机取向bi4ti3o12铁电薄膜（1#）的回线动力学标度104.2 a/b轴择优取向bi4ti3o12薄膜（2#）的回线动力学标度124.3a/b轴择优取向bi4ti3o12薄膜（3#）的回线动力学标度144.4 bi4ti3o12铁电薄膜的标度关系的比较及结论16结论19致 谢20参考文献21青岛大学本科毕业论文（设计）第一章 铁电材料综述1.1铁电材料的定义铁电材料定义为具有自发极化且自发极化方向可随外电场翻转的电介质材料。自发极化是由于晶胞内原子位置变化导致正负电荷中心不重合而产生的。宏观表现为极化矢量与外电场之间存在电滞回线关系1，即具有铁电性。psp+pr-ece+ec0-pr 图1.1铁电体的电滞回线铁电材料的发展历史，大体可分为四个阶段2：罗息盐时期发现铁电性，1920年，valasek发现rs（罗息）盐在外电场e作用下，其极化强度p有如图1所示的滞后回线关系，表现出特殊的非线性介电行为。此发现奠定了两个里程碑：第一次表明罗息盐自身存在持久极化，首次给出了电荷和电场之间的回线。valasek是在介电领域使用自发极化和居里点这两个概念的第一人。kdp时期铁电热力学理论，在rs为唯一的已知的铁电体的将近20年期间，关于铁电性的微观机理仍然无从分析，直到1935年至1938年，busch和scherrer发现磷酸二氢钾（kdp）及其许多同构晶体也具有类似于rs的特殊介电行为。更有意义的是kdp型晶体的结构比rs简单得多，每个晶胞只有16个原子，因此，slater在1941年得以类比于铁磁体中电子自旋有序化理论提出了kdp的铁电性的质子位置有序化微观模型。在理论研究方面，muller首先将热力学理论应用于铁电体，并将这一理论应用于更一般的情况。devonshire将其进行完善，发展为朗道德文希尔理论。钙钛矿时期铁电软膜理论，1925年左右发现了钛酸盐陶瓷具有很高的介电常数。1945年发现了室温相对介电常数高达1000至3000的钛酸钡（barium titanate，batio3，简称为bt）陶瓷，而后在1945年和1946年wul和goldman报道了钛酸钡陶瓷的铁电性。1950年，slater提出了钛离子位移模型，用来解释钛酸钡的铁电性。1958年的第二届电介质会议上anderson提出了软膜理论，而cochran则独立地进行了更详细的研究。barker和tinkham运用红外光谱以及随后的cowley利用非弹性中子散射进行了实验验证。到1970年，关于铁电相变晶格动力学的主要思想已经阐明。铁电薄膜及器件时期小型化。90年代以前，并没有器件真正用到铁电材料的铁电性，而主要是利用铁电材料的压电性和热释电性等。随着80年代中期薄膜制备技术取得了突破性进展，高质量铁电薄膜的应用成为可能。1.2铁电薄膜具有纳米量级厚度的铁电性薄膜被称为铁电薄膜，它是一种重要的功能材料，具有良好的压电、介电、铁电、光电以及热释电性。随着铁电薄膜制备技术的迅速发展，铁电薄膜的应用也日益广泛。铁电薄膜以其尺寸小、质量轻、集成方便、低工作电压、翻转速度快等优点，在集成光学、微电子学、光电子学等商业领域有着广泛应用2,3 ，表1列出了铁电薄膜不同物理效应对应的应用。表1 铁电薄膜的主要性能及应用物理效应对应的应用介电性动态随机存取存储器(dram)，薄膜陶瓷电容，微波器件(谐振器、探测器、波导)，薄膜传感器、与硅太阳能电池集成的储能电容器压电性saw，微型压电驱动器，线性位置控制器件热释电性热释电探测器及探测器列阵铁电性铁电随机存取存储器(fram)，铁电激光光盘电光效应全内反光开关，光波导，光偏振器，光记忆与显示器声光效应声光偏转器光折变效应光调制器，光全息存储器非线性光学效应光学倍频器(二次谐波发生)其中铁电存储器是铁电薄膜的最主要应用，具有低工作电压、低能耗、读写速度快等优点，包括铁电随机存取存储器(fram)、铁电效应晶体管(feet)以及铁电动态随机存取存储器(fdram)。1.3取向生长bi4ti3o12铁电薄膜bi4ti3o12铁电薄膜为铋系层状钙钛矿结构，如图1所示。具有大的剩余极化强度和良好的抗疲劳特性等优点，用其制成的铁电存储器具有较高的储存寿命和极低的漏电流等优点，且可以极大的缩小器件体积，有利于器件集成1。图1.2 bi4ti3o12晶体结构图bi4ti3o12铁电薄膜有很大的各向异性，其自发极化方向位自发极化矢量位于ac平面，靠近a轴（与a轴成约4.5度）。随机取向的bi4ti3o12铁电薄膜的应用具有很大的局限性，因为晶胞排列杂乱无章，分散了其各向异性。而不同应用领域的器件对性能的要求不同，要求利用其不同方向对应的不同性能，如非挥发性铁电存储器(nvfram)对极化强度的要求很高13、而mems要求好的压电性能，只有不同均匀取向的薄膜才能满足这些不同要求。因此对取向生长的bi4ti3o12铁电薄膜进行研究有重要意义。第二章 动力学标度及其意义2.1电滞回线的产生铁电体的极化翻转可以用电畴翻转来描述，晶体的自发极化会使晶体两端产生束缚电荷，从而产生一个退极化场，结果会使静电能升高。同时自发极化的自发应变也使得应变能增加，能量升高是一种不稳定状态的表现，体系不能稳定存在。晶体会分成多个小区域，每个小区域的自发极化方向一致，不同区域间自发极化方向趋向不同方向，这些自发极化区域一致的小区域就叫做电畴，畴边界称为畴壁，电畴的存在分散抵消了静电荷，降低了静电能和应变能，同时引入了畴壁能，当总能量极小值时体系既达到稳定状态。当引入超过矫顽场大小的外加电场后，极化方向沿电场方向的畴会通过新畴核的形成和畴壁运动而扩展，其他方向的畴则会缩小甚至消失，宏观表现出总的极化强度p指向外电场e的方向。由于畴翻转需要消耗能量，该能量即为外电场所做的功，因此极化强度p在交变电场e的作用下其变化表现出落后于电场e的变化，构成p-e双值函数，又称作电滞回线。2.2回线动力学标度畴结构以及其极化翻转是理解和预测铁电材料结构和性能间关系的基础，测量观察电滞回线可以得到畴翻转的一些信息。回线的面积随外电场的幅值e0和频率f的变化而变化，而回线动力学标度就是研究回线面积与外电场幅值e0和频率f的函数关系方法。表示为： 回线的面积代表一个周期内畴极化翻转消耗的能量，也就是畴翻转的多少，a值表征了面积随频率f的变化趋势，b值表征了面积随电场的幅值e0的变化趋势，从而通过动力学标度就可以在宏观上推测铁电畴的成核、生长过程。2.3进行回线动力学标度的意义铁电材料的重要特征就是极化翻转与外电场间存在电滞回线关系，因此对铁电材料进行动力学标度对了解铁电材料的畴翻转过程有重要意义。主要的方面有：第一，回线的面积代表畴翻转消耗的能量既畴翻转数量的多少，电滞回线是由于铁电畴在外电场的驱动下翻转而导致的，翻转包括新畴成核和生长两个过程。传统理论是以直流电场为驱动电场，并不完全适用于交变电场。通过观察回线的面积和形状随交变电场外电场幅值e0和频率f的变化规律可以得到新畴成核和长大的细节4。第二，以铁电储存器为代表的器件在微电子领域有着广泛应用，对其铁电性能的认识需求进一步加深，特别是当其工作频率越来越高达到几十兆赫兹时，在这种超高频率下，用实验的方法来了解其的响应情况很难实现，这时可以通过回线面积与电场幅值e0和频率f在高频下的关系来外推至超高频率，从而预测在该频率下的响应情况和工作状态5。第三，可以了解畴翻转过程中过程中动力学行为，比如，通过动力学标度，面积随频率的变化关系可以得到极化翻转的特征时间，从而推测材料极化翻转充分进行所需时间，进而应用于指导电子器件的设计和应用。2.4 铁电材料动力学标度的研究现状在二十世纪初，m.rao 等人从三维o(n)对称性的(f2)2和(2)3模型推导出回线面积在低频和高频时的标度关系，低频下：高频下：该标度关系最初是应用于铁磁系统，鉴于铁电体和铁磁体的回线形成机制类似，它进而被推广到铁电系统中，并通过实验验证了其合理性。43刘俊明等对pzt陶瓷、sbt、bndt0.85薄膜的进行了回线动力学标度，得出畴翻转特征时间t1与外电场幅值成反比的结论。yimnirun等得到软pzt陶瓷和硬pzt陶瓷在高低e0下的标度关系10,12，得出低电场时氧空位导致的磁畴钉扎使得两者标度关系的不同，高电场时标度关系的主要影响因素变为可翻转畴的多少。表2 各种材料的标度关系材料体系标度关系结论参考文献(f2)2和(2)3模型f0 f1/3e02/3f f -1e025avrami 模型1-exp(-f1/df(e0)11pb(zr, ti)o3薄膜低频下： f -1/3e02/3高频下： f -1/3e03w(h) = tea(w,e0)6软pzt陶瓷低e0 ：f -1/3e03高e0 ： f -1/4e01o2空位的引入影响畴壁的运动难易程度，高电场下电畴形态成为标度关系的决定因素。10硬pzt陶瓷低e0 ： f -0.43e03.19高e0 ： f -0.28e00.899bnt薄膜低频 ： f 1/3e02/3高频 ：f -2/3e02存在电畴翻转的特征时间且特征时间te反比于外电场幅值e07sbt9薄膜低频 ： f 2/3e02/3高频 ： f -1/3e02813plt（pb0.95la0.05 tio3）低频：f 2/3e02/3高频：f -1/3e0215由上述研究结果可以知道，由理论模型推导出的标度关系并不能完全适用于各种不同类型的铁电材料体系，图表中各种材料的标度关系并都不相同，通过对这些材料体系进行标度得到了许多有指导意义的结论。而且关于取向生长bi4ti3o12铁电薄膜的标度关系的研究并没有完善，因此对其动力学标度关系进行研究，以了解不同取向晶粒极化翻转的差异，是非常必要的。31第三章 实验方法3.1实验方案分别对沿a/b轴择优取向和随机取向bi4ti3o12铁电薄膜进行标度，得到不同择优取向的bi4ti3o12铁电薄膜的动力学标度关系，对比研究标度关系的差异，并对比其电畴翻转过程的不同。3.2测量电滞回线的原理和方法4.2.2铁电体的自发极化强度并不是整个晶体为同一个方向，而是不同极化方向区域的叠加，既不同电畴的极化强度矢量叠加。由于热运动的影响，不加电场状态下铁电体内电畴取向杂乱，不同电畴间极化强度矢量叠加抵消，对外不呈现极化。外加电场超过矫顽场后，沿电场方向的电畴通过成核和畴壁运动体积扩大，其他极化方向的电畴体积减小或消失，宏观表现出总的极化方向沿外电场方向。所以表面电荷q同外加电场e之间构成出电滞回线关系，表面电荷q表征极化强度p。4.2.2实验采用美国randiant technology公司生产的rt premier 型标准铁电测试仪，采用虚地模式进行铁电测量。测试波形采用三角波，图3为测试波形，1svoltage step sizevoltage step delaysignal sample pointtime/(ms) 图4 测试电滞回线的脉冲波形 voltage/(v)首先施加一个预极化脉冲将样品极化到负极化状态，以便在加一个周期测试波形后测得一条完整的电滞回线。间隔一秒后开始施加一个周期的测量三角波来测试记录数据，三角波采用台阶形电压，隔一定时间上升一段电压，记录一次数据，通过积分感应电流计算出电极表面电荷，单位面积上的电荷即为剩余极化强度值。即：4.2.3薄膜样品处理方法，用粒子溅射法在bi4ti3o12铁电薄膜样品的上表面刷上分离点状电极，下表面为导电基底，测试时，在显微操作台上将两个测量探针轻轻压在其中两个点电极上（要防止刺穿薄膜样品），即构成一个厚度两倍于薄膜厚度的电容器结构。4.2.4操作步骤：1）启动铁电测试仪，运行铁电测试软件。2）将信号输出端和接收端连接到待测材料电容结构的两个电极。3）运行电滞回线测量程序，设定测试电压和频率进行测试。4）执行程序得到电滞回线，并导出数据。5）改变测试的电场强度和频率测量一系列电滞回线。3.3数据处理方法1）将导出的 text 格式文件数据用作图软件（如origin）打开，绘制电滞回线图。2）测量电滞回线的面积，方法为用photoshop 打开电滞回线图，将回线连接成为封闭回路，选取该封闭回线，查看回线的像素面积s，并测量横、竖坐标轴的像素长度分别记录为x、y。观察得到坐标轴坐标长度x、y就可以计算回线的物理面积，=s *(x/x)*(y/y) ，记录数据。3）得到不同频率f和电场幅值e0下对应的面积，就可以绘制某一电场幅值e0下回线面积随频率f的变化图和某一频率下回线面积随电场幅值e0的变化图。（坐标轴调整为log10形式以便于观察a、b值的变化）4）观察随频率f的变化图和回线面积随电场幅值e0的变化图，判断a、b值的变化情况，选取合适的频率f和电场幅值e0值区间计算该区间（高频低频、高电场低电场）下的a、b值。5）计算指数a、b方法，a值计算方法为选取电场e0相同频率f不同的数据组，a=log(a1/a2)/log(f1/f2)，对每组a值求均值，再求出总的均值即为指数a；b值计算方法类似，选取不同电场幅值e0相同频率f的数据组，b=log(a1/a2)/log(e01/e02)，对每组b值求均值，再求出总的均值即为指数b。6）得到a、b值后，计算不同面积对应的f ae0 b值，绘制面积随f a e0 b的变化图，并进行拟合得到拟合优度r2。第四章 bi4ti3o12薄膜的回线动力学标度4.1随机取向bi4ti3o12铁电薄膜（1#）的回线动力学标度图4.1是随机取向bi4ti3o12铁电薄膜样品（1#）的xrd扫面图谱与标准粉末衍射图谱的对比图，可以看出该样品的xrd扫描图谱与标准粉末衍射图谱十分相似，（117）衍射峰最强约是（200/020/0012）的五倍左右，这可以证明样品薄膜结构特征类似于粉末样品，无取向分布趋势，表明该样品为随机取向bi4ti3o12铁电薄膜。图4.1 随机取向bi4ti3o12薄膜的x射线衍射图图4.2 (a)电滞回线及(b)回线面积随外电场幅值的变化规律图4.3 (a)电滞回线及(b)回线面积随外电场频率的变化规律图4.2(a)(b)为外电场频率f=1000(hz)情况下的随机取向bi4ti3o12铁电薄膜电滞回线随外电场幅值e0的变化关系，频率幅值e0范围136-643kv/cm。图中显示电滞回线的面积、剩余极化强度pr、矫顽场ec值都随电场幅值e0的增大而增大，并且其增大趋势随e0的值的增加而趋向平缓，回线形状趋向饱和，说明这时电畴极化翻转已经基本完成。最大剩余极化强度pr小于10c/cm2。图4.2(a)(b)为外电场幅值e0=520(kv/cm)情况下的随机取向bi4ti3o12铁电薄膜电滞回线随外电场频率的变化关系，频率范围是500-5000hz。一般情况下，晶体各向异性越强，极化反转时的离子位移就会越大，消耗的能量也越高，宏观就表现出矫顽场越高，回线矩形度越好。电畴极化翻转需要一段时间来完成，所以交变电场的频率也会影响电畴翻转的多少，宏观表现出回线形状也跟随随频率的变化而变化。图中显示测试区间内电滞回线的面积随外电场频率f的增大而单调减小。通常认为，外电场频率f较小时畴翻转速度能跟上外电场翻转速率，但是由于畴翻转对外电场的滞后共振效应面积达不到最大值，随着外电场频率f的增大回线面积会增大；外电场频率f增大到一定程度后，电场翻转速率超过电畴翻转速率，会因一部分畴翻转跟不上外电场变化而导致回线面积随外电场频率f的增大而减小。图形并没有出现峰值，说明特征时间对应频率不包括在测量区间内，而是在区间左侧。因此，可以由特征频率小于0.4hz推测其特征时间应大于2.5ms。用4.3中的方法求得标度关系指数为，a=0.07，b=1.31。因此，标度关系表示为：f -0.07e01.31，图4.4为与f -0.07e01.31的关系图，用直线拟合，拟合优度r2=0.997。图4.4随机取向bi4ti3o12铁电薄膜的拟合图4.2 a/b轴择优取向bi4ti3o12薄膜（2#）的回线动力学标度 图4.5 择优取向bi4ti3o12薄膜的x射线衍射图图4.5是a/b轴择优取向bi4ti3o12薄膜样品（2#）的xrd图谱与标准粉末图谱的对比图，可以看到该样品的xrd图谱的（117）衍射峰和（200/020/0012）衍射峰的相对强度与随机取向bi4ti3o12薄膜样品（1#）相比存在较大差异，择优取向bi4ti3o12薄膜样品的（200/020/0012）衍射峰要强于其（117）衍射峰，强度比值为四倍，可以断定该样品在（200/020/0012）衍射峰对应的方向(即a/b方向)具有较强的择优取向度，可以判断该样品是沿a/b轴择优取向的bi4ti3o12薄膜。图4.6(a)电滞回线及(b)回线面积随外电场幅值的变化规律图4.7 (a)电滞回线及(b)回线面积随外电场频率的变化规律图4.6(a)(b)为外电场频率f=2000(hz)情况下的a/b轴择优取向bi4ti3o12铁电薄膜电滞回线随外电场幅值e0的变化关系。观察电滞回线形状随幅值e0的变化可知，在电场幅值e0的测试区间（450-750kv/cm）内,回线都趋于饱和。图中显示电滞回线的面积、剩余极化强度pr、矫顽场ec值都随电场幅值e0的增大而增大。最大剩余极化强度值pr在20c/cm2左右。图4.7(a)(b)为外电场幅值e0=450(kv/cm)情况下的随机取向bi4ti3o12铁电薄膜电滞回线随外电场频率的变化关系。频率区间为400-6000hz，图中显示电滞回线的面积随外电场频率f的增大而减小。同样没有出现峰值，说明e0=450kv/cm对应的特征频率小于500hz，所以特征时间大于2ms。求得标度关系指数为a=-0.05，b=0.917，标度关系为：f -0.05e00.917。图4.8为图4.4为随f -0.05e00.917变化的关系图，用直线拟合，拟合优度r2=0.967。图4.8拟合图4.3a/b轴择优取向bi4ti3o12薄膜（3#）的回线动力学标度图4.9 a/b轴择优取向bi4ti3o12薄膜的x射线衍射图图4.9是a/b轴择优取向bi4ti3o12薄膜样品（3#）的xrd图谱与标准粉末图谱的对比图，可以看到该样品的xrd图谱的（117）衍射峰和（200/020/0012）衍射峰的相对强度比值更大，择优取向3#样品的（200/020/0012）衍射峰要远远强于其（117）衍射峰，强度比超过八倍，可以断定该样品在（200/020/0012）衍射峰对应的方向(即a/b方向)具有很高的择优取向度，并且其择优取向度要高于2#样品。图4.10(a)电滞回线及(b)回线面积随外电场幅值的变化规律图4.11 (a)电滞回线及(b)回线面积随外电场频率的变化规律图4.10(a)(b)是外电场频率f=1500hz情况下的 a/b轴择优取向bi4ti3o12铁电薄膜的电滞回线随外电场幅值e0（区间为333-1333kv/cm）的变化关系，图中显示电滞回线的面积、剩余极化强度pr、矫顽场ec值都随电场幅值e0的增大而增大，并且其增大趋势随e0的值的增加而趋向平缓，回线形状趋向饱和。最大剩余极化强度pr值在50c/cm2左右。图4.10(a)(b)为外电场幅值e0=1200(kv/cm)情况下的a/b轴择优取向bi4ti3o12铁电薄膜电滞回线随外电场频率（频率区间为333-8000hz）的变化关系。图中显示，低频阶段，电滞回线的面积随频率f的增加而增加，这时电畴翻转速率能跟得上外电场翻转；当电场频率增加到高频阶段后，面积随频率f的增加而减小，说明这时电畴翻转的速率跟不上外电场翻转速率了。图4.10（b）峰值在1000hz-1500hz之间，特征时间e为0.9ms左右。由图4.10(b)，a值在高频和低频不同，分别在高频和低频条件下求解。得到的标度关系分别为，低频下（f1000hz):f0.043e0 0.8，高频(f1000hz)下:f -0.21e00.8。图4.12和图4.13分别为高频和低频的拟合图，拟合优度r2分别为0.98和0.982。图4.12高频拟合图 图4.13低频拟合图4.4 bi4ti3o12铁电薄膜的标度关系的比较及结论表3各样品的标度关系的对比图样品（峰值比）取向度标度关系1#（5/1）随机取向f -0.07e01.312# (1/4)a/b轴低择优取向度f -0.05e00.9173# (1/8）a/b轴高择优取向度低频下：f0.043e0 0.8高频下：f -0.21e00.8理论模型f0 ： f1/3e02/3f ：f -1e021) 三种取向度的bi4ti3o12薄膜的标度关系均与(f2)2和(2)3模型不同，这是因为实际薄膜中畴翻转过程不仅受频率和和幅值的影响，薄膜中的缺陷引起的畴壁钉扎对畴翻转过程也有影响。2) 指数a反映了回线面积随电场频率f变化的快慢，指数a为正值时，回线面积随电场频率f的增大而增大；指数a为负值时，回线面积随电场频率f的增大而减小。随机取向bi4ti3o12薄膜（62#-1）的标度关系中，指数a在测试区间（500-5000hz）内为负值，说明测试区间内，随外电场频率增加随机取向bi4ti3o12薄膜中有越来越多的畴翻转速率跟不上外电场的变化。同样的，在a/b轴低择优取向度bi4ti3o12薄膜（2#）的测试区间（1000-6000hz）内，指数a也是负值，说明随电场频率f增加有越来越多的畴翻转速率跟不上外电场的变化。而在a/b轴高择优取向度bi4ti3o12薄膜（3#)的标度关系中，指数a在低频段为正值，说明频率较低时回线面积随电场频率f的增加而增加（幅度很小），这时电畴翻转速率能跟得上外电场的变化；频率增大到高频段后指数a变为负值，这时a/b轴高择优取向度bi4ti3o12薄膜的回线面积随电场频率f的增大而减小。对比同一电场幅值e0下回线面积随频率f的变化及a值大小，可以得出同一电场幅值e0下，随机取向bi4ti3o12薄膜中畴翻转速率比a/b轴择优取向bi4ti3o12薄膜的要慢。3) 指数b的大小反映回线面积随电场幅值e0变化的快慢。在高电场高频条件下，b值大小为：(f2)2和(2)3模型随机取向a/b轴低取向度a/b轴高取向度,这说明bi4ti3o12薄膜的回线面积受电场幅值的影响比起(f2)2和(2)3型要小，而且这种影响随着沿a/b轴择优取向度的提高而减小。图4.14 随e0变化对比图(2000hz)图4.14是f=2000hz条件下三种薄膜样品的回线面积随外电场幅值的变化对比图。可以得知，当回线达到饱和时，随机取向样品（1#），a/b轴低择优取向度样品（2#）和a/b轴高择优取向度样品（3#）三者回线面积相比较，随机取向样品的回线面积要小于a/b轴低择优取向度样品小于a/b轴高择优取向度样品，这说明随机取向bi4ti3o12铁电薄膜翻转过程中消耗的能量随取向度的增大而增大。可以认为，铁电畴翻转消耗能量为：，其中v是晶粒或晶核的体积，ps电畴自发极化矢量，e为外电场，是自发极化矢量ps与外电场e之间的夹角2。翻转过程中消耗的总能量等于对应不同的电畴消耗能量的积分。随机取向bi4ti3o12铁电薄膜中电畴取向方向分布平均，而沿a/b轴择优取向bi4ti3o12薄膜的电畴取向方向分布与电场方向趋于一致（|0，|cos|1），因此总的积分值会增大。所以a/b轴择优取向bi4ti3o12薄膜大于随机取向bi4ti3o12铁电薄膜翻转过程中消耗的能量。bi4ti3o12薄膜中只包含90和180畴及反向畴14。90畴翻转的过程中伴随着应变能，所以90畴一般发生在较高的外加电场作用下。在a/b轴择优取向的bi4ti3o12薄膜中，电场幅值e0较低时，对应于非a/b轴取向晶粒180畴的极化翻转，随着电场幅值e0的增大，对应于非a/b轴取向晶粒90畴及沿a轴取向的晶粒180畴的极化翻转，最后是沿b轴取向的晶粒90畴的极化翻转。不同取向电畴消耗的能量不同，发生极化翻转所需的外电场值也不同，与外电场方向越接近平行越易翻转。随机取向bi4ti3o12铁电薄膜中电畴取向方向分布平均，随着e0值增大，电畴按照对应|cos|值由大到小（极化翻转由难到易）依次翻转，回线面积随e0变化表现出变化较为平缓。a/b轴择优取向bi4ti3o12薄膜中电畴方向分布不平均，|cos|接近1（易翻转）的电畴多，其他方向分布的电畴（翻转随|cos|的变小而变得困难）相对较少，因此其 随e0变化表现出随电场变大迅速增大，易翻转电畴翻转完成后，难翻转电畴开始翻转，但与随机取向薄膜相比数量要少，因此随e0的增加会更平缓。如图4.14所示，这在标度关系中的表现就是饱和回线的标度指数中b值大小关系为，随机取向大于a/b轴择优取向。结论1. 结果表明，高电场条件下随机取向bi4ti3o12薄膜的标度关系为： f -0.07e01.31。a/b轴低择优取向度的bi4ti3o12铁电薄膜的标度关系为：f -0.05e00.917。a/b轴高择优取向度的bi4ti3o12铁电薄膜的标度关系为：低频段f0.043e0 0.8；高频段f -0.21e00.8。2. bi4ti3o12薄膜饱和回线面积，即电畴翻转消耗的总能量，随a/b轴取向度的增强而增大。3. bi4ti3o12薄膜取向度越高，饱和回线对应的畴翻转越充分。参考文献致 谢本文是在导师卢朝靖教授和张永成老师的悉心指导下完成的。卢老师诲人不倦的高尚情操、勤奋严谨的治学风范和渊博的学识将使我终身受益。研究选题体现了导师高瞻远瞩开阔敏锐的思维，实验工作凝聚了导师大量的心血。在此，谨向卢老师表示诚挚的感谢和深深的敬意。特别感谢张永成老师在铁电性能测试方面与回线动力学标度方面给予我耐心细致具体的指导。感谢实验室师兄师姐和同学对我的支持、鼓励和帮助。最后衷心感谢我的父母，感谢他们给予我无私的爱与坚强的支持！参考文献参考文献1 殷之文.电介质物理学.m.北京：科学出版社,2003.2 李超, 叶万能, 张永成等. 沿a/b轴择优取向bi4ti3o12铁电薄膜的回线动力学标度.青岛大学学报(自然科学版), 2010, 23(2): 12-163 乔燕. bi4ti3o12铁电薄膜及铁电储存器. 江汉大学学报（自然科学版），2004-01-002-034 scott j f. in thin film ferroelectric materials and devices, edited by r. ramesh(kluwer academic, boston, 1997), p. 1155 li s p, cao w w and cross l e. the extrinsic nature of nonlinear behavior observed in lead zirconate titanate ferroelectric ceramic j. j. appl. phys., 1991, 69: 7219-72246 rao m and pandit r. magnetic and thermal hysteresis in the 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a您好，为你提供优秀的毕业论文参考资料，请您删除以下内容，o(_)o谢谢！anationalsurveywasrecentlylaunchedtoevaluatetheeyehealthofchinesechildrenandteenagers.onjune6,chinasannualnationaldayforeyecare,thechinayouthdevelopmentservicecenterandzhejiangmedicine,aleadinglistedchinesepharmaceuticalcompany,jointlyannouncedthekickoffofthesurvey.inaboutonemonth,aquestionnairecompiledbytopeyecaremedicalexpertsinchinawillbedistributedthroughmultipleonlinepartners,includingh,aswellasthroughofflinesurveyeventsheldinuniversities,middleschoolsandprimaryschoolsacrossthecountry.areportwillbereleasedbasedonthesurveystatisticsandanalysis,andmostimportantly,guidelinesforparentsandyouthonhowtocarefortheeyesandpreventmyopiaagrowingprobleminchinasdigitizedsociety,willalsobeattachedonthereport.myopiaisnotonlyadiseasethatmakespeopleseethingsblurrily,butalsoleadstoseverecomplications,suchasglaucoma(increasedpressurewithintheeyeball),andcancauseblindness,saidzhouyuehua,anestablishedeyecarespecialistwithbeijingtongrenhospital.itisveryimportantforparentsandchildrentoknowabouttheriskandcarefortheireyes.thereareabout450millionmyopiapatientsinchina.amongchinesemyopiapatients,30millionareseverepatients,accordingtozhoutheprevalenceofmyopiaamonghighschoolandcollegestudentsismorethan70percent,andthesituationiscontinuouslyworsening,headded.sunzhu,directorwiththechinayouthdevelopmentservicecenter,saidlonghoursofstudy,lackofexercise,especiallyoutdooractivities,andattachmenttoelectronicscreenaresomeofthetopreasonsbehindthewidespreadmyopiaproblems,andtheincreaseofyoungerpatients,althoughchinahasmadegreatprogressinimprovingthehardwarefacilitiesandlightingconditionsinschools.hesaidhehopesthesurveywillalertpeopleonthethreateningsituation,andalsohelpmedicalexpertstobetterguidelineparentsandchildrensbehaviorstocareforeyes,basedonthetimelyandfactualstatisticsthesurveycollected.aseriesoffollow-upeventswillalsobeheldinsixcities,includingjinaninshandongprovince,andchangshainhunanprovince,toeducatepeopleonhowtocareforeyesafterthesurveystarted. 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