集成铁电学:信息材料的前沿领域

集成铁电学是80年代后期诞生的一个新兴的交叉学科,旨在探索铁电体与半导体器件的集成问题,铁电薄膜与微电子器件的集成导致了各种新型信息功能器件和系统的产生,也带来了一些理论上和科技上的新问题。集成铁电学的研究内容包括:铁电薄膜与作为衬底的半导体芯片之间的相互作用;相关器件的研究以及相关的工艺问题。本文对这一新兴学科的产生、发展与现状,相关的材料、器件及应用领域,关键工艺技术(铁电薄膜的制备技术)进行了简要的介绍与评述。

铁电薄膜与集成铁电学

评述了铁电薄膜制备技术的发展现状及存在的问题，简介了铁电存储器、铁电薄膜红外探测器、光波导、微驱动器等集成铁电学器件的研制及对材料、工艺的要求，提出了集成铁电学发展中有待研究的一些问题。

当前铁电学研究的一些问题

第八届欧洲铁电学会议(EMF—8)和第一届欧洲集成铁电体会议(EMIF—1)于1995年7月3～8日在荷兰University of Ni-jmegen同时举行。 笔者参加了EMF—8和EMIF—1两个会议,交叉听取了相关报告,并与到会的中、外学者进行了比较广泛的交谈。下面就笔者感兴趣的几个问题作一归纳介绍。当然介绍中可能有片面性,也可能会挂一漏万,需要进一步了解这两届会议详情的读者。

集成铁电学(Integrated Ferroetectrics)概述

铁电薄膜是一种重要的功能薄膜,近年来在电子器件方面的应用取得了重要进展。随着铁电薄膜制备技术的进步,将铁电材料与工艺和传统的半导体材料和工艺相结合以实现新型微电子器件、电路和系统已经成为可能,从而导致了一门新型交叉学科—集成铁电学的诞生。

蓬勃发展的集成铁电学

第8届国际集成铁电会议(International Symposium On Integrated Ferroelectrics)于1996年3月17—20日在美国亚利桑那州的TEMPE市举行。与会代表250人,他们来自14个国家和地区。会上发表论文近150篇。利用铁电体材料研制器件的设想早在50年代就有人提出。铁电体材料具有存储信息、压电效应、热释电效应等独特优点,只是采用的体材料本身固有的一些缺点和困难不能满足制作实际器件的要求。近几年来,各国尤其是美、日投入了相当的力量开发铁电薄膜的应用,取得了极大的进展。

世界著名的电子陶瓷材料科学家与工程专家 中国铁电陶瓷研究领域的主要奠基人之一 中国科学院院士 国际陶瓷科学院首批院士 亚太材料科学院院士 美国国家工程院外籍院士 亚洲铁电学联盟首任主席 姚熹

姚熹 男，1935年9月出生，江苏武进人。1952年参加全国第一次统考，以优异成绩被北京俄语专科学校二部录取，并拟派去苏联上大学，不久因身体原因休学。1953年被保送上了上海交大。1955年加入中国共产党。1957年毕业于上海交通大学电机工程系。1957～1979年担任西安交通大学电机工程系、电子工程系助教、讲师。

世界著名的电子陶瓷材料科学家与工程专家 中国铁电陶瓷研究领域的主要奠基人之一 中国科学院院士 国际陶瓷科学院首批院士 亚太材料科学院院士 美国国家工程院外籍院士 亚洲铁电学联盟首任主席 姚熹

姚熹男，1935年9月出生，江苏武进人。1952年参加全国第一次统考，以优异成绩被北京俄语专科学校二部录取，并拟派去苏联上大学，不久因身体原因休学。1953年被保送上了上海交大。1955年加入中国兆产党。1957年毕业于上海交通大学电机工程系。1957～1979年担任西安交通大学电机工程系、电子工程系助教、讲师。1979年年底以访问学者的身份赴美国宾州州赢大学材料研究所进修，

集成铁电学与铁电集成薄膜

介绍了集成铁电学的基本概念，评述了当前集成铁电材料与器件研究中的主要问题，概略叙述了作者提出的铁电集成薄膜及其在多功能器件和灵巧器件上的应用。

我国铁电薄膜物理学与集成铁电学若干重要问题的研究建议（提纲）

我国铁电薄膜物理学与集成铁电学若干重要问题的研究建议（提纲）１．学术背景铁电体为一类具有自发电极化，而且其极化矢量可以在外电场作用下反转的电介质，它们同时具有压电、热释电、电光、声光、光折变、非线性光学等效应及高介电系数。作为光电功能材料，铁电体早在...

铁电薄膜材料及集成铁电器件的相关问题

铁电薄膜材料及集成铁电器件自20世纪90年代以来一直受到人们的关注.就目前该领域研究中的几个基础问题,如生长动力学、特性退变、异质结界面以及如何进一步发展铁电薄膜和集成铁电器件等提出了见解.

弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅的工程畴结构研究

综述了目前对铁电晶体畴结构进行观测的主要技术方法,及国内外相关研究单位对新型弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅[(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-xPT)]的工程畴结构的研究进展。以往的研究表明,该类单晶的机电性能与其工程畴结构之间存在着密不可分的关系,这些研究结果对阐明PMN-xPT单晶在不同极化方向与工程畴结构状态下,其优异机电性能的起源机制与发生规律,进而指导剪切波换能器、垂直极化方向的大应变驱动器等电机器件的设计与制作,具有重要的理论意义与实际应用价值。

铁电重要应用领域——铁电薄膜器件

第9届国际铁电学会议(The 9th International Meeting on Ferroelectricity,简记为IMF-9)于1997年8月24～29日在韩国汉城市Swiss Grand Hotel召开。大会收到论文摘要1000余篇,来自33个国家的850余名科技人员出席了会议。国际著名铁电学家J.F.Scott教授在"铁电学研究回顾及展望"的特邀报告中指出,在过去几十年中,铁电学(包括铁电物理、材料和器件)的研究取得了重要的进展,特别是铁电软模理论、非正常铁电体(improper ferroelectrics)、弛豫性铁电体以及集成铁电薄膜等的研究,对促进铁电学的发展起到重要作用。他还概括了本届会议上几个引人注目的进展,包括利用第一原理计算立方钙钛矿结构材料的结构相变,薄膜的外延生长,铁电应用(包括多层膜、光学器件应用)等,并指出铁电薄膜方面的进展尤为重要。人们可以期望,铁电学研究,将作为一个新的颇富成效的领域,进入21世纪。会议决定,下届国际铁电学会议,将于2001年在西班牙召开。

铁电电容模型及其在铁电存储器中的应用

近年来 ,集成铁电学 ( integrated ferroelectrics)迅速发展。铁电体是一种特殊的电介质 ,在不存在外场的情况下 ,它仍然可以保持一个自发的极化强度 .其极化方向在外电场的作用下可以发生反转 ,表现出特殊的非线性介电行为 ,即电滞回线。文章讨论了铁电电容模型的 SPICE实现。首先介绍电容模型的实现 ,然后结合 2 T- 2 C铁电存储单元的工作原理 ,验证了该模型。最后 ,给出了一个完整的 32位铁电存储器的电路仿真结果。

薄膜物理及其应用讲座第六讲铁电薄膜的物理性能和应用

铁电薄膜材料与器件是近年来高新技术研究的前沿和热点之一，文章概括介绍了铁电薄膜研究的现状，铁电薄膜的物理性能及其表征，铁电薄膜在微电子、光电子和集成光学等领域中的应用，并指出了当前铁电薄膜材料与器件研究中需要着重解决的一些问题。