压电陶瓷的极化反转过程

利用阻抗分析仪和重复迭代法，对Pb（Mg1／3Nb2／3）0.125Ti0．42Zr0．455O3压电陶瓷的极化反转过程进行了研究。实验数据显示出了铁电畴随电场变化的整个开关过程，发现极化反转前后压电性有着明显的不对称性，这一异常现象是和场诱应变、电滞回线数据相互对应的。经比较研究后认为，影响极化反转前后压电对称性的机理是空间电荷在晶粒表面积聚形成内偏置电场，由此建立的理论模型可以作出合理的解释。

温度对铁电体极化反转过程影响的细观力学分析

采用热力学和细观力学结合的方法,建立了考虑热、力和电影响的细观力学模型,对铁电体极化反转过程中温度对滞回曲线和矫顽场强的影响进行了研究.研究结果表明温度对滞回曲线形状和矫顽场强有显著影响,在四方相范围内,随着温度的升高,铁电体的滞回曲线变窄、变低,矫顽场强不断减小.

电场下[001]_(cub)切型弛豫铁电单晶PMN-32PT电畴的极化反转

为研究弛豫铁电单晶PMN-32PT电畴在电场下的极化反转,利用偏光显微镜研究了电场下[001]_(cub)切型PMN-32PT单晶电畴组态的变化,建立了极化反转模型.在[001]_(cub)单晶切片中,当电场强度达到4kV/cm时,电畴开始极化反转,出现平行于电场方向的畴壁,畴壁沿垂直自身的方向运动,畴壁的运动实际是畴的横向扩张;当电场强度增至6kV/cm时,畴壁消失,又出现垂直于电场方向的新畴壁;而电场强度进一步增至10kV/cm时,新畴壁也消失,且电畴消光,这表明多畴已单畴化.

准相位匹配PPKTP极化反转的监测

文中提出了采用电光效应实时监测判断KTiOPO_4(KTP)晶体周期性极化反转进程的实验方案,分析了在高压电场极化脉冲作用下,KTP晶体的电光效应的基本特性和极化电流所表现出来的峰值特性,以及它们与KTP晶体的铁电畴反转之间存在的依赖关系,并确定了用监控光强的变化来判断极化反转程度的基本依据,在监测系统的帮助下对熔盐法生长的KTP晶体进行了极化反转．最后对获得的PPKTP进行了化学蚀刻,结果表明,获得的PPKTP质量有了明显提高．倍频转换效率达到1．13%．

铌酸锂晶体铁电畴电极化反转结构的ESEM观察

采用电脉冲极化方法制作出周期性反转电畴微结构。利用热腐蚀法制备出用于环境扫描电镜 (ESEM)研究反转电畴结构的样品。通过ESEM的观察与分析,在光栅电极下方,铁电畴发生了极化反转,反转区域在Y方向上有所扩展,在Z方向逐渐变窄,没能贯穿整个晶片。通过控制光栅电极的纵宽比和电压脉冲的参数,可以在晶片的表面或一定深度得到占空比为 1∶1的正、负铁电畴交替排列的结构,达到准相位配的目的。观测到竹叶状二次电子图像衬度,它是由制样过程中局部产生应力造成的,这说明利用ESEM可以研究压电材料中的电荷分布。

用于KTP晶体极化反转的高压脉冲电源的研究

分析了KTP晶体的外电场周期极化反转的机理,设计并研制出一种采用高压开关管的高压脉冲电源,可以将任意信号发生器输出的2V方波脉冲波形放大,输出最高电压为5000V、上升沿小于50μs、最大输出电流超过30mA、脉宽为任意的方波脉冲。用此高压脉冲电源在KTP晶体上进行多次极化反转实验,得到良好的实验结果。

铁电薄膜极化反转电流的电场和温度特性研究

应用铁电薄膜极化反转的KA模型,讨论了极化反转电流随电场和温度的变化关系.结果表明,极化反转电流随电场的增加而增加,极化反转时间在低电场时成指数关系下降,高电场时幂律关系下降;在居里温度附近,极化反转电流随温度增加而减小,温度远低于居里温度时,随温度增加而增加.

(Pb1-xSrx)TiO3系铁电薄膜的极化反转特性

采用磁控溅射技术在Si基底上制备了(Pb1-xSrx)TiO3(简称PST)铁电薄膜,采用双极性、双脉冲方波电压测试了其极化反转特性。测试结果表明,所制备的PST铁电薄膜的电流密度峰值达10-4A/mm2量级,开关时间可达1.0 ms左右,极化反转特性较好,有望未来在Si基集成单片红外探测焦平面阵列研制中加以应用。

强电场下部分极化反转对铁电复合物ε2的贡献

建立起适合厚片材料测试的非线性介电测试系统和相应的数据处理方法；测得了在不同场强和温度下ＰＺＴ／Ｐ［ＶＤＦ（７７）ＴｒＦＥ（２３）］０３ 型铁电复合物厚片的二阶非线性介电系数；根据Ｙａｍａｄａ 模型拟合（一阶） 介电系数的电场和温度依赖关系得到了退极化场系数Ｌｚ，并由此计算了在各电场和温度下作用于陶瓷粒子的局域场；结果说明在介电系数测试过程中，未预极化复合物试样的二阶非线性介电系数起源于分散相陶瓷粒子在局域场作用下发生的部分极化反转．

有机铁电共聚物P(VDF-TrFE)铁电极化反转机理的STM研究

本文用一种改装了的ＳＴＭ技术，可以直接观察到聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）的共聚物Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）的铁电畴。这一技术我们称之为“局域压电性”探测技术。通过测量有机铁电共聚物Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）样品的表面振动，我们可以清楚地分辨出正、负和非振动畴，并记录下极化反转过程中畴结构的变化。实验结果可以用一个“非平衡的四阱势”

铁电体极化反转临界条件的细观力学分析

本文根据经典形核理论,对铁电体极化反转过程的临界条件进行了热力学研究,建立了包括温度影响、外场作用、界面能以及退极化能等的热-力-电耦合细观力学模型,计算了铁电体BaTiO3极化反转的临界形核半径和临界形核功。结果表明在畴变过程中BaTiO3的临界形核半径和临界形核功都随反向电场的增加而减小,同样电场强度作用下临界形核半径和临界形核功随着温度的升高而减小。

扫描探针显微镜对纳米尺度铁电畴极化反转的研究

利用扫描探针显微镜(SPM)的压电响应模式(PFM)和电场力响应模式(EFM)对PbTiO3/Pb(Zr0.3Ti0.7)O3/PbTiO3(PT/PZT/PT)夹心结构铁电薄膜的自发极化与纳米尺度电畴反转行为进行了研究。SPM的PFM对薄膜电畴的极化反转研究表明,在相同的有限电压下,薄膜的电畴因不同结构而不能全部反转而取向一致;同时,不对称电极产生的内建电压(场)会导致不同方向上极化反转电压的不同。SPM的EFM不宜用来研究铁电薄膜的自发极化电畴结构,但对电畴的取向极化有较高的区分度,适于研究电畴的取向极化。经正电压极化后,极化的区域呈高电势的亮区;经负电压极化后,表现为低电势的暗亮度区域。

铁电材料极化反转特性的研究进展

铁电材料的极化反转是一个新畴成核,然后通过畴壁的移动实现电畴反转的过程。从动力学和热力学两方面概述了极化反转过程,介绍了宏观反转电流的测试方法和微观电畴的成像表征技术,总结了多次极化反转导致的疲劳现象;并对采用压电显微术结合其他技术及应用多维数据模型来深入研究极化反转特性做了展望。

在外电场作用下BaTiO_3单晶中铁电畴极化反转的透射电镜原位研究

通过在样品表面施加电场,利用透射电子显微镜原位观察和研究了BaTiO3单晶中铁电畴的极化反转过程。结果表明,在外加电场作用下,铁电畴发生重新取向,其极化方向逐渐向着与电场方向平行的方向转变,当撤去电场后,又趋向于恢复到初始状态。

利用铌酸锂薄片极化反转实现纳米信息存储

纳米信息存储是一种高密度信息存储。在信息存储点的尺度被降低到纳米量级时,其存储密度与目前通用的磁盘相比可提高两个数量级以上。纳米信息存储所面临的诸多技术问题之一就是高质量、高稳定性存储材料的选择。铌酸锂晶体作为重要的光电子材料,已被应用于光学、光电子学器件中,成为光电器件的重要基底材料。但由于缺乏合适的机制,铌酸锂材料尚未被应用于纳米信息存储中。 南开大学承担的天津市自然基金重点项目“利用铌酸锂薄片极化反转实现纳米信息存储”,探索在铌酸锂薄片中通过自发极化反转实现纳米尺度的信息存储的可能性。本项目的研究综合了铌酸锂晶体离子注入薄片切割技术及近化学比铌酸锂研究两方面的研究成果。通过离子注入薄片切割技术可以制备高质量的厚度仅为10微米,直径1厘米的铌酸锂薄片,薄片的表面十分平整。另一方面,与同成分铌酸锂晶体相比,近化学比铌酸锂晶体的自发极化反转电压可下降2个数量级,可降至200V/mm。由此,在厚度为10微米量级的铌酸锂薄片中,利用几伏的电压即可实现自发极化反转。

极化反转对一维声子晶体板带隙的影响

近年来,由压电材料构成的人工周期复合结构(声子晶体)中的波传播问题成为研究热点之一。这类结构可实现对弹性波和声波的过滤、导向和聚焦等多种调控功能,可显著提高滤波器、谐振器和波导等声表面波器件的工作性能。文章分析了带有极化反转层的一维声子晶体板的能带结构。此周期结构基于畴反转铌酸锂晶体板,由分布于板表面的矩形周期沟槽构成。针对所述模型,利用有限元法计算了声子晶体板的兰姆波带隙,并进一步研究了极化反转层对带隙宽度和带隙位置的影响。结果表明,兰姆波的带隙宽度和带隙位置均随反转层厚度的变化有明显的偏移。所得结果可为相关声学器件的设计提供理论依据。

PLZT铁电薄膜反转特性分析

测量了PLZT(7/60/40)铁电薄膜的开关电流,并用KA模型对数据进行了拟合。结果表明,该铁电薄膜极化反转属于无潜核的类型Ⅰ和有潜核的类型Ⅱ的混合型。从铁电畴生长维数和imaxtmax/Pr得知,低电场中潜核对铁电畴反转的贡献大于均匀成核的贡献,强电场下均匀成核的贡献大于潜核-生长的贡献,电场会改变两种类型对电流的贡献。

多晶铁电体的脉冲反转

测量了钛酸锶钡(Ba0 99Sr0 01TiO3)陶瓷在不同峰值方波电压作用下的脉冲反转信号。发现陶瓷中由于晶粒小,慢极化的反转速度快,使得慢电流峰值对应的时间几乎不随外加作用变化;而慢电容则随方波峰值电压的增大单调增加。

(Pb0.76Ca0.24)TiO3薄膜电畴反转行为的压电力显微镜研究

用溶胶-凝胶法在(Pt/Ti/SiO2/Si)衬底制备了(Pb0.76Ca0.24)TiO3(PCT)薄膜。利用扫描力显微镜(SFM)的压电响应模式(PFM)观测了PCT薄膜的纳米尺度畴结构。畴结构和晶粒尺寸相关,尺寸在100 nm左右的晶粒表现为单畴,尺寸较大的晶粒表现为多畴。利用压电力显微镜研究了PCT薄膜中电畴的极化反转行为。通过SFM探针对畴施加一系列直流偏压极化,在每次极化后,利用压电响应模式扫描进行压电力成像,获得了与极化电压相关的畴反转信息。用探针施加电压对薄膜极化后,在不同的时间进行压电力成像,研究了电畴的退极化行为。

掺杂浓度对Y掺杂HfO2铁电薄膜的畴反转过程的调控作用

铁电存储器是铁电材料的最重要的应用,而铁电存储器一个非常重要的指标就是其运行速度,影响其运行速度的主要是铁电材料内铁电畴的极化反转速度。HfO2铁电材料作为未来铁电存储器的理想材料,了解其畴反转过程非常重要。掺杂是使HfO2薄膜产生铁电性的一个非常重要的方法,掺杂浓度对HfO2铁电薄膜的铁电性能影响非常大,因此了解掺杂浓度对HfO2铁电薄膜的畴反转过程(即极化反转速度)的影响对我们更好利用HfO2铁电薄膜为基础的铁电存储器非常重要。在本文中,我们利用PLD制备了Y掺杂HfO2铁电薄膜(HYO),发现了Y掺杂浓度对HYO铁电薄膜的铁电性能的影响,我们在经过测试后也发现掺杂浓度可以影响HYO铁电薄膜畴反转过程,发现了随着掺杂浓度的增加HYO铁电薄膜中铁电畴的极化反转速度增加。