基于LabVIEW的电滞回线测试系统的开发

测量铁电材料的电滞回线是确定铁电参数、检验材料性能好坏的一个重要手段,目前采用的主要测量手段是示波器法。但是,这种传统的方法无法在测量的过程中对误差进行修正、对数据进行处理和分析。为了克服这种不足,研究和开发了一种基于美国N I公司最新推出的L abV IEW 7.1Express虚拟仪器开发平台的电滞回线测试系统,通过介绍该系统的数据接口、数据处理、数据库链接以及多种语言联合作业的方法,提出了一种新的电滞回线测量方案,并获得了初步的实验结果。

铁电薄膜电滞回线测量研究

在总结铁电材料测量理论基础上，运用相量的概念从理论上导出了铁电薄膜的线性感应电容和漏导对测量电滞回线所产生的影响。根据铁电薄膜的特性与实测结果分析了电极和测试信号的频率对测量的影响，提出了在测试过程中对铁电薄膜制备微电极和适当提高测试信号频率的优越性。

尺寸效应对细晶粒BaTiO_3陶瓷电滞现象的影响

考虑到转向极化和反向畴的成核生长过程的综合影响,引入了一个反映两种过程影响程度的比例参数,对细晶粒BaTiO3陶瓷的电滞回线进行了理论分析,其结论与试验结果是极其一致的,这将有助于深入了解晶粒尺寸效应对BaTiO3陶瓷极化影响的机制。

铁电极化疲劳效应的微分电滞回线谱分析

铁电体的极化强度P是根据电滞回线计算的,但漏电电导、顺电电容、电极和样品表面接触层、pn结电阻等的影响使得精确测量回线非常困难.作者引入微分电滞回线谱分析方法,可将上述多种效应从总效应中定量扣除而得到纯铁电性的贡献.对锆钛酸铅陶瓷的测量结果表明,纯铁电微分回线可用少数几个高斯型函数精确拟合.疲劳效应表现为高斯函数个数,峰位U0、峰高I0、峰宽Δ等参数随极化反转次数N的增加持续变化.与电滞回线相比,微分回线是描述极化疲劳的更为严格有效的方法.

铁电微阵列的AFM图像及电滞回线测定

铁电阵列在红外探测器、非挥发性存储器中具有重要应用。随着大面积、微格点铁电阵列制备技术的发展,评价亚微米、甚至纳米级微小格点的铁电特性对于铁电器件的设计和制造具有重要意义。本研究将铁电仪和扫描探针显微镜相连,在扫描探针显微镜的AFM模式下,采用带有导电涂层的探针,通过扫描获得铁电阵列的三维像。据此图像,可以把探针定位于特定的微小格点上,由铁电仪通过AFM探针提供电压,并经探针悬臂梁将测试信号反馈给铁电仪,在无顶电极的情况下就可以获得微小铁电格点的电滞回线。

铁电薄膜电滞回线测量的快速数值补偿方法研究

测量铁电薄膜电滞回线必须补偿漏电阻和线性电容的影响.本文采用Sawyer-Tower改进电路,分析了在正弦激励电场下漏电阻和线性电容对自发极化的影响,指出二者分别关于饱和极化点奇对称和偶对称;利用正峰值饱和极化点及其前后相邻两点共3对激励电压和极化电压,推导出漏电阻和线性电容计算公式,进而可实现电滞回线快速数值补偿.本算法漏电阻和线性电容的计算时间仅为二分法用时的2%.

PZT薄膜电滞回线测试的数值补偿研究

通过Sawyer-Tower测试电路研究了铁电薄膜的电滞回线,发现薄膜漏电阻以及示波器输入电阻和电容的影响可能会使所测量的电滞回线发生形状扭曲或者使测量结果出现较大偏差,通过数值补偿方法重建了电荷平衡方程,并编制了相应的软件补偿程序。通过对溶胶-凝胶制备的PZT铁电薄膜的电滞回线测试表明,运用该数值补偿方法可以有效补偿薄膜漏电阻以及示波器输入电阻和电容对测试结果的影响,满足PZT铁电薄膜制备技术以及微机电系统中器件设计对薄膜性能测试的要求。

一种低频下测量电滞回线的新方法

本文通过对以 Sawyer-Tower 电路为基础的电滞回线测量方法进行仔细分析后,指出传统的测量方法是以饱和区只存在线性极化这一物理概念为基础的,但由于漏导和损耗的影响,在实际测量中以它为依据往往是不可靠的。同时本文通过分析流过铁电试样的电流,与传统测量方法对比,发现了寻找补偿电阻的有效简便方法,提出以电流采样代替传统的电荷采样,借助微机数值处理功能得到电滞回线,并以此为基础建立了一套电滞回线测量系统。

三角结构铁电体的电滞回线

采用量子统计的方法计算了三角结构铁电单晶的屏蔽电荷的激发 ,得到了不对称的电滞回线 .传统的热力学理论无法对此进行解释 .

应力对铁电薄膜电滞回线及蝶形曲线的影响

应用与时间有关的Ginzburg-Landau方程(time dependent Ginzburg-Landau,简称TDGL方程),在考虑表面效应的条件下分析了应力对外延铁电薄膜铁电性能的影响。计算结果显示剩余极化强度值随着压应力的增加而增加,随着张应力的增加而减小。场致应变值随着压应力的增加而增加,随着张应力的增加而减小。这种变化趋势与实验结果是一致的。考虑表面效应计算得到的剩余极化强度值小于不考虑表面效应时计算得到的数值(当外推长度>0时)。

Si基Bi_4Ti_3O_(12)薄膜电滞回线及铁电性能的研究

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法直接在p-Si衬底上制备生长Bi4Ti3O12铁电薄膜,研究了Ag/Bi4Ti3O12/p-Si异质结电滞回线的特征及Bi4Ti3O12薄膜的铁电性能。空间电荷层的存在使Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜呈不对称的电滞回线并导致薄膜的极化减弱。退火温度同时影响了薄膜的晶粒尺寸和薄膜中的载流子浓度,而这两种因素对铁电性能的影响是相反的。Bi4Ti3O12薄膜的铁电性能随退火温度的变化是两种因素共同作用的结果。

结构设计对铁电薄膜系统电滞回线的影响

为制备符合Si集成铁电器件要求的高质量Si基铁电薄膜,采用溶胶-凝胶(sol-gel)工艺,制备了MFM及MFS结构的铁电薄膜系统.研究了不同结构及不同衬底对铁电薄膜系统铁电性能及电滞回线的影响,并对这些差异产生的主要影响因素进行了分析.在此基础上,提出并制备了Ag/Pb(Zr0 52Ti0.48)O3/Bi4Ti3O12/p-Si多层结构,该结构铁电薄膜系统的铁电性能及电滞回线的对称性有明显改善,有望应用于Si集成铁电器件.

铁电体的电滞回线演示

自从Valasek在1921年发现罗息盐有铁电现象以来,人们对铁电现象和铁电材料从基础理论到各种器件的开发都进行了大量的研究,并在许多新技术领域中获得了广泛的应用。目前新的铁电材料还在不断地涌现,铁电材料新的应用还在继续开辟。为了使学生能够更好地掌握铁电现象的物理概念,开拓思路,激发探索创新意识,提高教学质量,我们以最典型的BaTiO_3铁电体着手,研制了这个铁电体电滞回线的演示仪器,该演示仪可在课内或课后表演,也可作为大学物理的选修实验或分组实验。

(Pb_(1-x)Srx)TiO_3铁电薄膜电滞回线的测试分析

采用磁控溅射法制备了PST薄膜,讨论了其制备工艺并着重对其电滞回线进行了测试分析。从测试结果来看,其饱和极化强度PS典型值为19.0μC+cm2,剩余极化强度为6.6μC+cm2,矫顽场强为16kV+cm,热释电系数为10-4量级。表明所制备的PST薄膜具有较好的铁电性能。

铁电材料力-电非线性电滞与蝴蝶曲线综合模型研究

铁电材料固有的电畴结构和极化反转特性引发宏观非线性行为,即极化电滞曲线和应力蝴蝶曲线,且由于材料、制备技术、电路系统等限制因素使得行为曲线出现不对称、中心偏移等现象,使得目前常规模型很难精确、有效地描述铁电系统的真实特性。针对此问题,提出一种适用于铁电材料的综合含参数模型用以有效模拟力、电及耦合非线性行为。该模型基于现有铁电模型理论并引入异化参数而形成,可广泛适用各类铁电曲线中存在的不对称和偏移等异化现象;此外,为了有效预测综合模型中多个未知特性参数,通过设计遗传算法程序实现其精确优化识别,为进一步提高模型预测精确性和实用性提供必要条件;最后,分别开展了虚拟试验和真实试验仿真模拟验证,结果表明:采用优化参数综合模型的模拟误差均可控制在10%以内,相较于传统模型方法可提高约50%。因此,该模型方法可广泛用于实际铁电材料特性行为的描述,且具有较好的应用前景。

(1-x)Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_3-xPbTiO_3陶瓷的合成及其电滞回线

采用两步法在850℃合成了(1-x)Pb(Ni1/3Nb2/3)O3xPbTiO3(x=0.28～0.42)陶瓷,粉末均为单一钙钛矿相。扫描电子显 微镜观察和介电性能检测表明:所研究的陶瓷的最佳烧结温度为1200℃。对1200℃烧结的0.64Pb(Ni1/3Nb2/3)O30.36PbTiO3陶瓷的铁 电性能进行了详细地研究,发现组成在准同型相界的陶瓷铁电性得到增强,而这种铁电性增强正是由组分及结构和准同型相界的本质共同决 定的。

铁电电容系统非线性电滞参数模型研究

为解决铁电电滞模型中特性参数确定困难的问题,改善模型在工程应用中受限现状,本文利用遗传算法提出一种实用的铁电模型特性参数识别方法,可根据随机试验数据完成特性参数的提取,继而重构铁电模型以模拟各种铁电电容系统的非线性电滞行为.以上方法不但可以预测各种电场条件下的电极化响应,还可预测反映系统特性的理想饱和极化响应.最后,为验证所提方法的有效性,本文进行了仿真计算验证,其结果表明,基于优化参数的电滞模型能够很好地与试验数据吻合,具有较好的精确性和鲁棒性,为铁电系统在实际工程的应用提供有效参考.

铁电薄膜电滞回线测量高压激励源放大器研制

为了测量有些矫顽场较高铁电薄膜的电滞回线,通过分析原有电滞回线测试系统的测量原理,为其配备了一套激励信号高压放大系统.该系统能在0.1 Hz^10 kHz频段内不失真的放大原设备的激励波形,并且最大能提供±100 V的电压及10 mA的电流输出.针对该放大器电压较高的特点,采取了输入端限压、限流,输出端瞬态抑制等一些行之有效的解决方案,使其最终满足了设计要求.

PZT电滞曲线和回零偏差的测量及其对扫描成像的影响

本文利用迈氏干涉法测量压电陶瓷扫描头（ＰＺＴ）的电滞曲线和灵敏度因子。作出了ＰＺＴ的电滞曲线，得到了灵敏度因子，测出了由电滞特性造成的扫描头不同电压正负回零偏差。

尺寸对铁电双层膜电滞回线的影响

基于平均场近似下的横场伊辛模型理论,研究了含有表面过渡层和两种界面耦合(铁电界面耦合和反铁电界面耦合)的铁电双层膜的电滞回线。研究结果表明,铁电界面耦合时,铁电双层膜电滞回线呈现一个中间回路,而反铁电界面耦合时,呈现三个回路。相互作用强的铁电层厚度对铁电双层膜的电滞回线影响较大。表面过渡层对铁电双层膜电滞回线起到不可忽略的作用。