鐵電材料介紹
发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:269
1.introduction:
近來,鐵電晶體以成為十分惹人注意的一類晶體,其原因在於他們具有相當優異的性能。許多電光晶體、壓電材料就是鐵電晶體。鐵電晶體無論在技術上或理論上都具有重要的意義。
壓電材料:物質受機械應力作用時能產生電壓,或受電壓作用時能產生機械應力的性質。例如:竊聽器、fabry-perot干涉儀的推進器(陶瓷)、......
電光晶體:折射率在外電場作用下發生改變的材料。例如:q開關、......
2.鐵電晶體的一般特性:
其最基本的特性為在某些溫度範圍會具有自發極化,而且極化強度可以隨外電場反向而反向,從而出現電滯迴線。
a.自發極化:鐵電晶體是電介質中一類特別重要的介電晶體。電介質的特性是:他們以感應而非以傳導的方式傳播電的作用與影響。按照這個意義來說,不能簡單的認為電介質就是絕緣體。在電介質中起主要作用的是束縛著的電荷,在電的作用下,他們以正、負電荷重心不重和的電極化方式傳遞和紀錄電的影響。而鐵電晶體是-------即使沒有外加電場,也可以顯現出電偶極距的特性。因其每單位晶胞帶有電偶極矩,且其極化率與溫度有關。
b.電滯迴線的分析:極化強度p和外電場e間的關係構成電滯迴線。一般而言,晶體的壓電性質與自發極化性質都是由晶體的對稱性決定的,可是對於鐵電晶體,外電場能使自發極化反向的特徵卻不能由晶體的結構來預測,只能透過電滯迴線的測定(或介電係數的測定)來判斷。
電滯迴線表示鐵電晶體中存在domain。鐵電晶體通常是由許多稱為domain的區域所組成,而在每一個domain裡面有相同的極化方向,而與鄰近的domain其極化方向不同。如果是多晶體,由於晶粒本身的取向是任意的,不同domain中極化強度的相對取向可以是沒有規律的。但若是單晶體,不同domain中極化強度取向之間存在著簡單的關係。為明確起見,這裡只考慮單晶體的電滯迴線,並且設極化強度的取向只有兩種可能,亦即沿某軸的正向或負向。
假設在沒有外電場的存在下,晶體的總電矩為零,及晶體的兩類domain中極化強度方向互為相反平行。當外電場施加於晶體時,極化強度沿電場方向的domain變大,而與其反平行方向的domain則變小。這樣,極化強度p隨外電場e增大而增大,如圖中oa段曲線所示。電場強度的繼續增大,最後使晶體只具有單個的domain,晶體的極化強度達到飽和,這相當餘圖中c附近的部分,將這線性部分推延至外場為零的情形,在縱軸p上所得的傑具稱為飽和極化強度(即e點)。實際上,這也是每個domain原來已經存在的極化強度。因此飽和極化強度是對每個domain而言的。如電場自圖中c處開始降低,晶體的極大p值亦隨之減小,但在零電場時,仍存在剩餘極化強度(即d點)。必須注意,剩餘極化強度是對整個晶體而言的。當點場反向達到矯頑電場強度時(即f點),剩餘極化全部消失,反向電場的值繼續增大時,極化強度反向。如果矯頑電場強度大於晶體的擊穿場強,那麼在極化反向之前晶體已被電擊穿,便不能說該晶體具有鐵電性。
c.介電常數的測定:當溫度高於某一臨界溫度時,晶體的鐵電性消失,並且晶格亦發生轉變,這一溫度是鐵電體的居里點。由於鐵電性的出現或消失,總伴隨著晶格結構的改變,所以這是個相變過程。當晶體從非鐵電相(稱順電相)向鐵電相過渡時,晶體的許多物理性質皆呈反常現象。對於一階相變常伴隨有潛熱的發生,對於二階相變則出現比熱的突變。鐵電相中自發極化強度是和晶體的自發電致形變相關,所以鐵電相的晶格結構的對稱性要比非鐵電相(順電相)的為低。如果晶體具有兩個或多個鐵電相時,表徵順電相與鐵電相之間的一個相變溫度,統稱為過渡溫度或轉變溫度。(在此附近時,介電係數常有迅速陡降的現象)。
由於極化的非線性,鐵電體的介電係數不是常數,而是
1.introduction:
近來,鐵電晶體以成為十分惹人注意的一類晶體,其原因在於他們具有相當優異的性能。許多電光晶體、壓電材料就是鐵電晶體。鐵電晶體無論在技術上或理論上都具有重要的意義。
壓電材料:物質受機械應力作用時能產生電壓,或受電壓作用時能產生機械應力的性質。例如:竊聽器、fabry-perot干涉儀的推進器(陶瓷)、......
電光晶體:折射率在外電場作用下發生改變的材料。例如:q開關、......
2.鐵電晶體的一般特性:
其最基本的特性為在某些溫度範圍會具有自發極化,而且極化強度可以隨外電場反向而反向,從而出現電滯迴線。
a.自發極化:鐵電晶體是電介質中一類特別重要的介電晶體。電介質的特性是:他們以感應而非以傳導的方式傳播電的作用與影響。按照這個意義來說,不能簡單的認為電介質就是絕緣體。在電介質中起主要作用的是束縛著的電荷,在電的作用下,他們以正、負電荷重心不重和的電極化方式傳遞和紀錄電的影響。而鐵電晶體是-------即使沒有外加電場,也可以顯現出電偶極距的特性。因其每單位晶胞帶有電偶極矩,且其極化率與溫度有關。
b.電滯迴線的分析:極化強度p和外電場e間的關係構成電滯迴線。一般而言,晶體的壓電性質與自發極化性質都是由晶體的對稱性決定的,可是對於鐵電晶體,外電場能使自發極化反向的特徵卻不能由晶體的結構來預測,只能透過電滯迴線的測定(或介電係數的測定)來判斷。
電滯迴線表示鐵電晶體中存在domain。鐵電晶體通常是由許多稱為domain的區域所組成,而在每一個domain裡面有相同的極化方向,而與鄰近的domain其極化方向不同。如果是多晶體,由於晶粒本身的取向是任意的,不同domain中極化強度的相對取向可以是沒有規律的。但若是單晶體,不同domain中極化強度取向之間存在著簡單的關係。為明確起見,這裡只考慮單晶體的電滯迴線,並且設極化強度的取向只有兩種可能,亦即沿某軸的正向或負向。
假設在沒有外電場的存在下,晶體的總電矩為零,及晶體的兩類domain中極化強度方向互為相反平行。當外電場施加於晶體時,極化強度沿電場方向的domain變大,而與其反平行方向的domain則變小。這樣,極化強度p隨外電場e增大而增大,如圖中oa段曲線所示。電場強度的繼續增大,最後使晶體只具有單個的domain,晶體的極化強度達到飽和,這相當餘圖中c附近的部分,將這線性部分推延至外場為零的情形,在縱軸p上所得的傑具稱為飽和極化強度(即e點)。實際上,這也是每個domain原來已經存在的極化強度。因此飽和極化強度是對每個domain而言的。如電場自圖中c處開始降低,晶體的極大p值亦隨之減小,但在零電場時,仍存在剩餘極化強度(即d點)。必須注意,剩餘極化強度是對整個晶體而言的。當點場反向達到矯頑電場強度時(即f點),剩餘極化全部消失,反向電場的值繼續增大時,極化強度反向。如果矯頑電場強度大於晶體的擊穿場強,那麼在極化反向之前晶體已被電擊穿,便不能說該晶體具有鐵電性。
c.介電常數的測定:當溫度高於某一臨界溫度時,晶體的鐵電性消失,並且晶格亦發生轉變,這一溫度是鐵電體的居里點。由於鐵電性的出現或消失,總伴隨著晶格結構的改變,所以這是個相變過程。當晶體從非鐵電相(稱順電相)向鐵電相過渡時,晶體的許多物理性質皆呈反常現象。對於一階相變常伴隨有潛熱的發生,對於二階相變則出現比熱的突變。鐵電相中自發極化強度是和晶體的自發電致形變相關,所以鐵電相的晶格結構的對稱性要比非鐵電相(順電相)的為低。如果晶體具有兩個或多個鐵電相時,表徵順電相與鐵電相之間的一個相變溫度,統稱為過渡溫度或轉變溫度。(在此附近時,介電係數常有迅速陡降的現象)。
由於極化的非線性,鐵電體的介電係數不是常數,而是
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