在(zài)我(wǒ)們對存儲器(qì)老化進行可(kě)控性分析之(zhī)前，首(shǒu)先需(xū)要對存儲(chǔ)器材(cái)料(liào)有(yǒu)所(suǒ)了解。在(zài)這(zhè)裏(lǐ)，我們研(yán)究的(dí)是鐵電存儲材(cái)料，因而(ér)先(xiān)要(yào)了解一下(xià)鐵電(diàn)材料。它是(shì)一種常用(yòng)的電介(jiè)質材(cái)料，並(bìng)且它(tā)具有(yǒu)較高的介電(diàn)常數。鐵(tiě)電材料(liào)在我們生(shēng)活(huó)的(dí)應(yīng)用(yòng)十分多：因(yīn)為鐵電材料具有(yǒu)比較好的鐵電性(xìng)，介(jiè)電(diàn)性(xìng)，熱釋電性和壓電(diàn)特(tè)性等等，所以它應用十分的(dí)廣(guǎng)泛(fàn)，小(xiǎo)到生活(huó)中(zhōng)常(cháng)見(jiàn)到(dào)的打(dǎ)火(huǒ)機(jī)，煤(méi)氣灶，大到(dào)科(kē)學技(jì)術上的(dí)聲(shēng)呐，地(dì)震(zhèn)儀等等(děng)，當(dāng)然(rán)也(yě)可(kě)以(yǐ)用來(lái)製(zhì)作成鐵電(diàn)存儲(chǔ)器。

如果(guǒ)一(yī)定(dìng)要給(gěi)鐵電材料(liào)下個定義(yì)，那麼可以將(jiāng)具有(yǒu)鐵(tiě)電性的(dí)材(cái)料都(dū)稱為鐵(tiě)電材料(liào)。因(yīn)此(cǐ)在(zài)了解(jiě)鐵電(diàn)材(cái)料之前先要(yào)對鐵(tiě)電(diàn)性(xìng)有所了解。我查閱(yuè)資料(liào)得(dé)知鐵(tiě)電性是源於(yú)空(kōng)間(jiān)反演對(duì)稱(chēng)性破卻(què)的(dí)，就是(shì)指(zhǐ)在有限溫度下，材(cái)料(liào)具有兩(liǎng)個或多(duō)個可(kě)能的取向(xiàng)的自發極化的現(xiàn)象，而(ér)且在電(diàn)場作(zuò)用(yòng)下(xià)這種自(zì)發極化的取向可以(yǐ)改(gǎi)變。極(jí)化交互作用會導致(zhì)長程(chéng)序(xù)與熱漲(zhǎng)落（溫度T)競(jìng)爭，一旦(dàn)長(cháng)程(chéng)序(xù)強(qiáng)度(dù)熱漲(zhǎng)落(là)就會發(fā)生順電-鐵電相變。而當(dāng)熱漲(zhǎng)落(là)的(dí)強(qiáng)度(dù)超過長(cháng)程(chéng)序，也會(huì)發生順電(diàn)一(yī)鐵(tiě)電相(xiāng)變。簡單來(lái)說(shuō)，鐵電(diàn)材料可(kě)以由下(xià)麵的圖1.1表(biǎo)示出來(lái)，在(zài)圖1.1中(zhōng)鐵(tiě)電(diàn)性是由正負空間電荷中(zhōng)心(xīn)不重(zhòng)合導(dǎo)致的電偶(ǒu)極(jí)矩表(biǎo)現。從晶體(tǐ)角(jiǎo)度來(lái)解釋就是(shì)說在晶(jīng)體中，自(zì)發(fā)極(jí)化(huà)現(xiàn)象(xiàng)的(dí)出(chū)現(xiàn)會(huì)造(zào)成一個特殊(shū)的方向(xiàng)，使得晶胞中的(dí)原子(zǐ)沿著(zhuó)該方(fāng)向產生(shēng)相(xiāng)對位(wèi)移(yí)。也(yě)正(zhèng)是(shì)由(yóu)於原(yuán)子的(dí)相對(duì)位移會(huì)導(dǎo)致正負電(diàn)荷(hé)中(zhōng)心(xīn)不(bù)再重合(hé)，因而(ér)形(xíng)成電(diàn)偶極矩。正(zhèng)如(rú)如(rú)圖(tú)1.1所(suǒ)示(shì)，這樣的現象就是鐵(tiě)電(diàn)性。

鐵(tiě)電(diàn)材料之(zhī)所以能用來做出鐵電存儲器，是因(yīn)為(wéi)其在電(diàn)場(cháng)作用下表(biǎo)現出(chū)來的電(diàn)滯回(huí)綫。如(rú)圖(tú)1.2(a）所示(shì)。從(cóng)圖(tú)中我們(mén)可以看出在(zài)自發極化的(dí)晶體(tǐ)中，其均(jūn)匀(yún)極(jí)化(huà)的狀(zhuàng)態(tài)不(bù)是穩(wěn)定的(dí)，所(suǒ)以(yǐ)晶體將自發(fā)分成(chéng)被稱為“疇(chóu)”的小區(qū)域。經過查閱(yuè)資(zī)料(liào)我們得(dé)知可以(yǐ)用疇的(dí)運動(dòng)來解釋(shì)鐵電材(cái)料(liào)在(zài)電場下(xià)表現出(chū)的電(diàn)滯回(huí)綫(xiàn)。

疇的邊界(jiè)叫做(zuò)疇壁(bì)，疇壁帶(dài)有(yǒu)電荷。從圖(tú)中(zhōng)的(dí)電(diàn)滯回(huí)綫中，我(wǒ)們可以看到(dào)，隨(suí)著(zhuó)外電場(cháng)由(yóu)零(líng)逐漸增(zēng)加，鐵電疇成核長大，疇壁運(yùn)動(dòng)導*化翻(fān)轉(zhuǎn)。在(zài)電場較弱(ruò)時(shí)，可(kě)逆(nì)的疇壁(bì)運(yùn)動占有(yǒu)主導地(dì)位(wèi)。之後(hòu)電(diàn)場繼續(xù)增強時(shí)，鐵電疇成核(hé)，疇壁運(yùn)動(dòng)成(chéng)為不可逆的(dí)，極(jí)化(huà)強度(dù)隨電場的增加比綫性綫(xiàn)段要(yào)快。我(wǒ)們也(yě)可以(yǐ)看出(chū)當電(diàn)場(cháng)達到一定的強度值時(shí)，晶體會成(chéng)為(wéi)單(dān)疇的，這(zhè)時候(hòu)自(zì)發極(jí)化趨於(yú)飽和(hé)。此時如果再加大(dà)電(diàn)場強度，總(zǒng)極化強(qiáng)度(dù)依舊會繼續(xù)增大(dà)，這是因為感(gǎn)應極(jí)化(huà)會有所增加。反之，如果(guǒ)此時(shí)減小電場強度，則極化將沿曲綫(xiàn)減少，圖中可(kě)以看(kàn)出(chū)在(zài)電場降為(wéi)零時，材(cái)料(liào)仍(réng)然處在(zài)極(jí)化狀態，極化強(qiáng)度為(wéi)Pr，稱之為自發極化。將(jiāng)綫段(duàn)外推(tuī)到(dào)與(yǔ)極(jí)化(huà)軸(zhóu)相(xiāng)交可得自發極化Ps。如果外(wài)加電場反向，電(diàn)偶(ǒu)極(jí)矩(jǔ)翻轉。

當(dāng)電場(cháng)強度(dù)E=Ec時(shí)，極化(huà)P=0，Ec稱為(wéi)矯頑電場(cháng)強度（coercive field)。這(zhè)樣電(diàn)場在正負(fù)飽和值之(zhī)間(jiān)循環(huán)一周時，極(jí)化(huà)與(yǔ)電(diàn)場(cháng)的(dí)關係如曲綫(xiàn)所示(shì)，類似於(yú)鐵(tiě)磁(cí)材(cái)料的磁滯回綫。    由上(shàng)圖(tú)1.2的（b）我(wǒ)們(mén)看到，把(bǎ)具有(yǒu)鐵(tiě)電(diàn)性(xìng)的材(cái)料(liào)做(zuò)出三(sān)明治結構(gòu)就成了鐵(tiě)電存儲器，圖(tú)中紅色部分(fēn)為鐵(tiě)電(diàn)材料，並在其(qí)上下(xià)兩(liǎng)麵分別加(jiā)上電(diàn)極。鐵電材料之所以能夠(gòu)做成存儲器存(cún)儲(chǔ)信息，是因(yīn)為該材料(liào)在電場作(zuò)用(yòng)下(xià)表現出(chū)來(lái)的(dí)對稱(chēng)的電滯回(huí)綫(xiàn)。上(shàng)圖1.2的(dí)（a)為單電滯回綫，其(qí)中(zhōng)每一(yī)個狀態都有與之對(duì)應的另(lìng)一(yī)個狀態(tài)，可以對應到存儲(chǔ)器(qì)電路中分別表示(shì)數字電路中的0和(hé)1，也(yě)就(jiù)是(shì)說有(yǒu)了二(èr)進製(zhì)中0和1。我們(mén)都(dū)學(xué)過數字(zì)電路(lù)，知道二進(jìn)製(zhì)可(kě)以用來存(cún)儲(chǔ)信(xìn)息。同(tóng)時也是因為該(gāi)單電(diàn)滯回綫，鐵(tiě)電(diàn)材料(liào)製成的(dí)存(cún)儲(chǔ)器具有(yǒu)其*的優點。因為(wéi)當電場降為零時，鐵電材料的極化強度(dù)為(wéi)+Pr和-Pr，。在(zài)上(shàng)圖中(zhōng)可以(yǐ)看到極化強度不(bù)是零，所(suǒ)以(yǐ)在外加電場(cháng)為(wéi)0（沒有外加(jiā)電(diàn)壓）時，鐵電(diàn)材(cái)料(liào)依(yī)舊(jiù)可以表現出二進製中的(dí)0和1，。從而鐵電存(cún)儲器具(jù)有非易失(shī)性（又稱(chēng)為非(fēi)揮(huī)發(fā)性），即(jí)斷(duàn)電後仍然能(néng)保存數據，這是鐵電存儲器大的優點。

我們了解到(dào)如果按(àn)讀寫(xiě)功能分(fēn)，存儲器(qì)可以(yǐ)分(fēn)為隻讀(dú)存儲(chǔ)器和隨機讀寫存(cún)儲器(qì)。其(qí)中(zhōng)隻讀存儲器存儲的內(nèi)容是(shì)固定不(bù)變的(dí)，但是它隻能實現(xiàn)存(cún)儲(chǔ)內容(róng)的讀(dú)出而(ér)不能(néng)在其中寫入數據。

隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器就(jiù)不(bù)一樣(yàng)，可以讀(dú)出(chū)數(shù)據也可(kě)以寫入(rù)數據(jù)。但是(shì)RAM有一個(gè)大(dà)的(dí)缺點就是一旦斷(duàn)電，隨機(jī)讀(dú)寫存儲(chǔ)器(qì)內存(cún)儲的內(nèi)容(róng)會(huì)消失。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能應用鐵(tiě)電存(cún)儲器(qì)的(dí)非(fēi)揮(huī)發性(xìng)，會是一個很大的(dí)進(jìn)步(bù)。這裏(lǐ)我(wǒ)們講到的(dí)鐵電(diàn)存(cún)儲(chǔ)器因為(wéi)具(jù)有(yǒu)非(fēi)揮發性，既能(néng)像(xiàng)隨機讀(dú)寫(xiě)存儲器一(yī)樣高速(sù)讀(dú)寫數(shù)據，又能(néng)像隻(zhī)讀(dú)存儲器一樣斷電後長(cháng)期(qī)保存數據，是應用(yòng)十(shí)分好(hǎo)的一(yī)類(lèi)低(dī)能(néng)耗存儲(chǔ)器。

鐵(tiě)電材料的(dí)鐵電(diàn)性主(zhǔ)要應用(yòng)在鐵電(diàn)存儲(chǔ)器這一方(fāng)麵，而其(qí)鐵(tiě)電材(cái)料其他方麵的(dí)應用主(zhǔ)要是源於其(qí)壓電特性。鐵電(diàn)材(cái)料在電(diàn)場(cháng)下表現(xiàn)出(chū)電滯回綫的(dí)同(tóng)時，又會產生(shēng)電致應(yīng)變(biàn)，即正壓電效應(yīng)和逆壓電(diàn)效應。圖1.3(a）表(biǎo)示出(chū)了(liǎo)正(zhèng)壓(yā)電(diàn)效應(yīng)：當對鐵電材(cái)料(liào)施(shī)加(jiā)一(yī)定(dìng)的壓(yā)力時，材(cái)料內的電偶(ǒu)極(jí)矩會(huì)受到壓縮(suō)，電偶(ǒu)極(jí)矩(jǔ)因(yīn)此縮短。這(zhè)時壓(yā)電(diàn)材(cái)料（一(yī)般來說鐵電材(cái)料都(dū)是壓(yā)電材(cái)料，而壓電(diàn)材料不一定是(shì)鐵電材料）為(wéi)了(liǎo)抵製電(diàn)偶(ǒu)極(jí)矩(jǔ)的縮(suō)短(duǎn)，會產生一定的的正(zhèng)負電荷，也就是說會(huì)產生電流(liú)。簡單(dān)來說，正(zhèng)壓(yā)電效(xiào)應是(shì)指壓電(diàn)材(cái)料因為發(fā)生形(xíng)變(biàn)而產生(shēng)電荷的現(xiàn)象。反之逆壓(yā)電效(xiào)應就是指給(gěi)壓電材料加上一定的電壓(yā)，材料會發生(shēng)形(xíng)變，如(rú)圖(tú)1.3(b）所示。

正壓(yā)電效應和(hé)逆(nì)壓(yā)電效(xiào)應(yīng)實際應(yīng)用十(shí)分的(dí)廣(guǎng)泛(fàn)，小到生活中常見的打(dǎ)火機，煤氣灶大(dà)到地震儀(yí)以及軍事中的(dí)聲(shēng)波等等。以打火機為例(lì)來說，當(dāng)按(àn)壓打火機上方時，打火機(jī)內(nèi)內置(zhì)的壓電(diàn)材料(liào)就(jiù)會因為壓電效應產(chǎn)生出電火(huǒ)花，進而把(bǎ)燃氣(qì)點著。鐵(tiě)電材(cái)料(liào)在(zài)當今(jīn)軍(jūn)事上對(duì)於(yú)潛艇的探測也是很(hěn)重要的，我們常聽說的雷達在潛(qián)艇(tǐng)探(tàn)測(cè)這(zhè)塊是不能很好地(dì)發(fā)揮作(zuò)用(yòng)的，主要(yào)因為(wéi)電磁(cí)波(bō)在海水(shuǐ)裏(lǐ)傳播會(huì)逐漸地(dì)衰(shuāi)減(jiǎn)。但(dàn)是(shì)壓電(diàn)聲納卻可(kě)以(yǐ)在海水(shuǐ)裏(lǐ)探測(cè)潛艇這(zhè)方麵很好地(dì)發生(shēng)作用(yòng)。所以說(shuō)，當今軍事上的潛艇探測係統是把壓電(diàn)效(xiào)應和逆(nì)壓(yā)電(diàn)效(xiào)應原(yuán)理(lǐ)發(fā)揮的*。

由上(shàng)麵(miàn)的(dí)介紹(shào)，我們對(duì)鐵電(diàn)材(cái)料有了初步(bù)的(dí)了(liǎo)解。可(kě)以(yǐ)看出鐵電材(cái)料在(zài)生活中的(dí)應(yīng)用很(hěn)廣(guǎng)泛。