南京大学实验报告 铁电薄膜铁电特性表征

1、铁电薄膜铁电特性的表征吕光鑫 匡亚明学院 141242003一、 实验目的二、 实验原理三、 实验仪器四、 实验内容五、 数据处理可对txt数据进行拟合得到Ps,Pr,Ec等值，如图所示（以设定电压为700V为例）：图1图2图3对其他设定电压值进行相似的分析得如下表格（单位已换算）：设定电压Ps/C/m2+Pr/C/m2-Pr/C/m2V+/vV-/v700V91.8776.73-78.41206.2-183.8725V91.5476.13-78.43206.1-183.6750V93.3175.28-79.08199.2-195.2775V93.3375.25-79.67200-193800

2、V94.8476.43-80.05205.4-189825V94.5477.26-80.29200.9-193.7850V96.1677.21-81.17206.7-196.4875V96.2680.6-80.51205.6-195.9900V97.3779.5-80.87206.9-199.9925V97.1280.91-81.5206.5-205.1950V98.4379.53-82.25201.8-188.9975V98.5382.21-82.22207-190.11000V100.3283.28-83.36207.6-181.11025V100.4579.34-83.71207.6-1

3、81.61050V100.8483.27-84.11210.1-204.11075V101.4872.16-85.61217-196.1对Pr+和Pr-绝对值求平均的Pr，类似得到Ec，将其与Vmax，Ps一起列于下表：设定电压Ps/C/m2Pr/C/m2Ec/V700V91.8777.57195725V91.5477.28194.85750V93.3177.18197.2775V93.3377.46196.5800V94.8478.24197.2825V94.5478.775197.3850V96.1679.19201.55875V96.2680.555200.75900V97.3780.1

4、85203.4925V97.1281.205205.8950V98.4380.89195.35975V98.5382.215198.551000V100.3283.32194.351025V100.4581.525194.61050V100.8483.69207.11075V101.4878.885206.55作图得：Ps随设定电压V的变化图4Pr随设定电压V的变化图5Ec随设定电压V的变化图6各电压下对应的电滞回线图7六、 分析讨论1. 观察图4,5,6即Ps,Pr,Ec随最大电压值Vmax变化示意图。可以看到Ps,Pr,Ec这三个量有随Vmax增大而增大的趋势，(1)Pr Ps和Ec有些曲

5、折，整体呈上升趋势，在某些点会上浮或者下降。我认为这可能和采集的数据点浮动比较大有关，单独作图连线数据点就能看出几个相邻数据点之间差异很大，连线非常不平滑。因此在V较大的地方会展现出比较一定的浮动，从而影响到斜率的计算。(2)从图7看所有数据点，可以目测观测到得到Ps所需数据点部分有明显的整体向上平移。所以表象出整体随Vmax上升的趋势。(3)相对而言，Ec则整体保持不变，变化较小，但是从具体数据来看也是在变大的。所以得出结论，随着Vmax的变大，整个铁电性曲线都表现出向上部分向两边扩张的趋势。2. 综合1的结论，可以从Pr着手来大致推测所加电压和Vmax3. 在实验中发现Ec+始终大于Ec-

6、，可以推断整个铁电曲线不仅有Y方向的平移，还有X方向的平移，原点并不是曲线的对称中心。查阅资料发现，一般情况下，曲线将以原点为对称中心，但是加入了反铁磁层之后，在某温度段会使整个体系曲线出现一个平移量。出现矫顽力Hc，出现交换偏置效应，如图所示： 七、 思考题1. 试比较铁电体与铁磁体的同异。相同之处：.电滞回线和磁滞回线相类似，都有极化强度随电场的变化滞后的现象。其中电畴和磁畴也相类似。.都有类似的相变过程如顺电-铁电相变和顺磁-铁磁相变，都有居里温度的概念。不同之处：.铁电体具有自发极化的特征，而铁磁体具有自发磁化的特征。（虽然都涉及晶体结构对称性破缺）.铁电畴壁厚度很薄，大约只有几个晶格

7、常数量级，而铁磁体择优几百个晶格常数量级。且磁畴壁中的自发磁化方向可以改变方向，而铁电体则不可以。.铁电体在外场作用下，自发极化方向只能在某几个方向变化，但是铁磁体在足够的外场作用下，可以完全转到外场方向。2. 什么是铁电体？试举例说明你所知道的应用。铁电体：某些晶体在一定的温度范围内具有自发极化，而且其自发极化方向可以因外电场方向的反向而反向，晶体的这种性质称为铁电性，具有铁电性的晶体称为铁电体。应用：铁电材料的非线性性质可以用来制造电容可调的电容器。一个铁电电容器的典型结构是两个电极夹一层铁电材料。铁电材料的介电常数不仅可以调节，而且在相变温度附近值非常大。这使得铁电电容器与其他电容器相比体积非常小。3. 铁电薄膜为什么能用做数据存储器，其优点何在？因为：铁电体具有的电滞回线的性质：若原来加的正场，当外场变为零的时候，铁电体上为正的剩余极化Pr+0，若是从负场变到零，则剩余极化Pr-0。因而可以对铁电体进行编码，正为1，负为0。优点