鐵電(diàn)薄膜鐵(tiě)電性能測(cè)試及相(xiāng)關測試設備

一，鐵電(diàn)性(xìng)能(néng)簡介：

鐵電(diàn)體:在一(yī)定溫度範圍內存在(zài)自發極化(huà),自發極(jí)化(huà)具有兩個(gè)或多個(gè)可(kě)能(néng)的取(qǔ)向(xiàng),其取向(xiàng)可能隨電場(cháng)而轉向.鐵電體並不(bù)含(hán)“鐵",隻是它與(yǔ)鐵(tiě)磁體具有磁滯回(huí)綫相(xiāng)類似(sì)，具有電滯回綫，因(yīn)而稱(chēng)為(wéi)鐵電體(tǐ)。在某一溫(wēn)度(dù)以(yǐ)上，它為順(shùn)電相(xiāng)，無(wú)鐵電(diàn)性，其(qí)介電常(cháng)數(shù)服從(cóng)居裏(lǐ)-外斯(sī)（Curit-Weiss）定律。

鐵電相與順(shùn)電相(xiāng)之(zhī)間(jiān)的轉變(biàn)通(tōng)常(cháng)稱(chēng)為鐵電(diàn)相變(biàn)，該(gāi)溫(wēn)度稱(chēng)為(wéi)居(jū)裏(lǐ)溫度或(huò)居裏(lǐ)點(diǎn)Tc。鐵電體即(jí)使(shǐ)在(zài)沒(méi)有外界(jiè)電場作用下(xià)，內部也會出(chū)現(xiàn)極(jí)化，這種(zhǒng)極化稱(chēng)為自(zì)發(fā)極化(huà)。自發極化(huà)的(dí)出(chū)現(xiàn)是(shì)與(yǔ)這一類材料的晶體結構有關(guān)的。晶(jīng)體(tǐ)的(dí)對稱性可以劃(huá)分為32種(zhǒng)點群(qún)。在無中心(xīn)對稱(chēng)的21種晶體類(lèi)型種(zhǒng)除432點群外(wài)其(qí)餘20種都(dū)有壓(yā)電效應，而這20種壓電晶體中(zhōng)又有(yǒu)10種(zhǒng)熱(rè)釋電現象。熱釋電晶體是具(jù)有自(zì)發極(jí)化(huà)的晶(jīng)體，但因(yīn)表麵電(diàn)荷的(dí)抵償作(zuò)用，其極(jí)化電矩(jǔ)不能顯(xiǎn)示出來，隻(zhī)有(yǒu)當溫(wēn)度改(gǎi)變(biàn)，電矩（即極化強度）發生變(biàn)化，才能顯(xiǎn)示固有(yǒu)的極(jí)化，這(zhè)可(kě)以通過(guò)測量(liáng)一閉(bì)合回(huí)路(lù)中(zhōng)流(liú)動的電荷(hé)來觀測(cè)。

熱釋電就是(shì)指(zhǐ)改(gǎi)變溫(wēn)度(dù)才(cái)能(néng)顯(xiǎn)示(shì)電極(jí)化的現(xiàn)象(xiàng)，鐵電體又是熱(rè)釋電晶體中的一(yī)小類(lèi)，其特(tè)點(diǎn)就是自發(fā)極化(huà)強度(dù)可因(yīn)電場作(zuò)用(yòng)而(ér)反向，因而(ér)極化(huà)強度和(hé)電(diàn)場(cháng)E 之間形成電(diàn)滯回綫(xiàn)是鐵(tiě)電體的一個主要特(tè)性。自發極(jí)化(huà)可用(yòng)矢量(liáng)來(lái)描述，自發(fā)極化出(chū)現(xiàn)在(zài)晶體(tǐ)中(zhōng)造成一(yī)個特殊(shū)的方(fāng)向(xiàng)。晶體中，每(měi)個(gè)晶(jīng)胞中原(yuán)子的構型(xíng)使(shǐ)正(zhèng)負電荷重(zhòng)心沿這(zhè)個特(tè)殊方(fāng)向發(fā)生相(xiāng)對(duì)位移(yí)，使電(diàn)荷正(zhèng)負重心(xīn)不重合，形成(chéng)電偶極矩(jǔ)。整個晶(jīng)體在該(gāi)方向(xiàng)上呈(chéng)現極(jí)性，一端(duān)為正(zhèng)，一(yī)端為負。在其正負端分(fēn)別有一層正(zhèng)和(hé)負的(dí)束縛電荷(hé)。

束縛電(diàn)荷(hé)產(chǎn)生的(dí)電場(cháng)在(zài)晶(jīng)體內部與(yǔ)極化(huà)反向(xiàng)（ 稱為(wéi)退(tuì)極化(huà)場），使(shǐ)靜(jìng)電能(néng)升高(gāo)，在(zài)受機械(xiè)約(yuē)束(shù)時(shí)，伴(bàn)隨著自(zì)發極(jí)化(huà)的(dí)應(yīng)變(biàn)還將使(shǐ)應(yīng)變能增(zēng)加，所(suǒ)以均匀極化的(dí)狀態是(shì)不穩(wěn)定的，晶體將(jiāng)分成若(ruò)幹(gān)小(xiǎo)區(qū)域(yù)，每(měi)個小(xiǎo)區域內部電(diàn)偶(ǒu)極子(zǐ)沿同(tóng)一方(fāng)向(xiàng)，但(dàn)各個小區域(yù)電偶極子方向(xiàng)不(bù)同(tóng)，這些(xiē)小區域(yù)稱為電(diàn)疇或疇(chóu)，疇的間(jiān)界(jiè)叫疇壁(bì)。疇的出(chū)現(xiàn)使晶體的靜電能和應(yīng)變能降低，但疇壁的存(cún)在(zài)引(yǐn)入了(liǎo)疇壁(bì)能(néng)。總自由能(néng)取極(jí)小(xiǎo)值(zhí)的(dí)條(tiáo)件(jiàn)決(jué)定了(liǎo)電疇的(dí)穩構型(xíng)。

二(èr)，實(shí)驗目(mù)的(dí)：

1，了解什(shí)麼是(shì)鐵電體(tǐ)，什(shí)麼(mó)是電(diàn)滯(zhì)回綫。

2，了(liǎo)解鐵薄膜材料的功能(néng)和(hé)應(yīng)用前(qián)景。

3，使用設備：Huace FE-3000鐵(tiě)電分析儀(yí)

三(sān)，實驗原理(lǐ)

1，鐵電(diàn)體的(dí)特點(diǎn)

（1）電滯(zhì)回(huí)綫

推薦使用(yòng)Huace FE-3000鐵電分析(xī)儀(yí)，適(shì)用於鐵(tiě)電薄(báo)膜，鐵電體材料(liào)（既可塊體(tǐ)材料）的(dí)電性(xìng)能(néng)測量(liáng)，可(kě)測(cè)量(liáng)鐵電(diàn)薄(báo)膜電(diàn)滯回綫(xiàn)，可地測(cè)出具有非(fēi)對稱電滯回綫(xiàn)鐵電薄(báo)膜的(dí)Pr值。

其主要(yào)技(jì)術指標(biāo)：

1.輸(shū)出信(xìn)號電(diàn)壓：：薄膜：0～±10V 陶瓷(cí)，材料：0～±2000V

2.輸出信號(hào)頻(pín)率：薄(báo)膜材(cái)料(liào)1-1000HZ，陶瓷(cí)：0-1Hz

3.電(diàn)容範圍：1000nf～ 100nf, 精(jīng)度(dù): ≤1%。

4.電(diàn)流範圍(wéi): 1nA～10A ,精度: ≤1%。

5，測(cè)試樣品：0-20mm 5個(gè)

6，高壓(yā)樣品(pǐn)池：2個，一(yī)個(gè)封閉式：8CM*6CM 一個(gè)開放式(shì)：8CM*5CM

7，探針台：一個(gè)

8，電流：1-10倍放大(dà)，信(xìn)號：1-20倍(bèi)。.數據(jù)結口(kǒu)：USB或BNC接口。

9. 數(shù)據采(cǎi)集(jí)分析(xī)軟(ruǎn)件： 能(néng)畫(huà)出(chū)鐵(tiě)電(diàn)薄膜的(dí)電滯回綫(xiàn)，定量得到(dào)鐵電(diàn)薄膜材料的飽和極化Ps，剩(shèng)餘極(jí)化Pr，矯頑(wán)場Ec，漏(lòu)電(diàn)流(liú)等參數;可(kě)以進行鐵(tiě)電薄膜(mó)材(cái)料(liào)的鐵電(diàn)疲(pí)勞性能，鐵(tiě)電保(bǎo)持(chí)性能的測試，電(diàn)阻測(cè)量，漏(lòu)電(diàn)流(liú)測量(liáng)。

10.可以(yǐ)配合相關壓電(diàn)測試(shì)儀(yí)操作係(xì)統

2，實驗內(nèi)容(róng)

測量(liáng)鐵電薄膜樣(yàng)品的電滯回綫，畫出電滯(zhì)回綫(xiàn)及得(dé)到(dào)鐵(tiě)電(diàn)薄膜(mó)材(cái)料的飽和極化(huà)±Ps，剩(shèng)餘極化(huà)±Pr，矯頑(wán)場±Ec，電容(róng)量C等(děng)參(cān)數。

【實驗(yàn)步(bù)驟(zhòu)】

1. 準(zhǔn)備(bèi)工(gōng)作：首先開啟(qǐ)計(jì)算機，閱(yuè)讀儀器說(shuō)明(míng)書(shū)。

2. 初始(shǐ)化：在(zài)低(dī)電壓(yā)（100V）下運行測量(liáng)軟(ruǎn)件(jiàn)，開啟(qǐ)測量儀，並檢(jiǎn)查探針位(wèi)置(zhì)是否(fǒu)正確。

3. 確定(dìng)高(gāo)壓(yā)區(qū)間V ：調整(zhěng)高(gāo)電壓(yā)和(hé)低電(diàn)壓(yā)， 觀(guān)察(chá)能(néng)出現標(biāo)準電(diàn)滯回(huí)綫的(dí)最(zuì)大和最小(xiǎo)的 電壓值(zhí)，並(bìng)記錄為(wéi)Vmax和(hé)Vmin，高壓(yā)區間(jiān)為(wéi)V = Vmax* Vmin。值(zhí)得注意(yì)的是(shì)，軟件中輸入(rù)的高(gāo)壓值在(zài)本次(cì)試(shì)驗(yàn)的(dí)試(shì)驗(yàn)儀上(shàng)通常(cháng)達不(bù)到，因(yīn)此需要(yào)輸(shū)入(rù)比(bǐ)目(mù)標(biāo)電壓更高 一些的電壓(yā)值，電壓值(zhí)以(yǐ)實際高(gāo)壓(yā)為(wéi)準。（備注(zhù)：高(gāo)壓(yā)區(qū)間指的(dí)是(shì)保(bǎo)持(chí)標(biāo)準(zhǔn)電(diàn)滯(zhì)回綫(xiàn)的zui 低和(hé)最高(gāo)電(diàn)壓(yā)。）

4. 測量電(diàn)滯回綫(xiàn)：在(zài)剛剛確定的那(nà)個(gè)電壓(yā)範(fàn)圍內(nèi)，選擇五個電壓值(zhí)，間隔(gé)為?V /5，分別測(cè)量(liáng)在(zài)這(zhè)五個電壓(yā)值下的(dí)電滯(zhì)回綫，並且保留(liú)電滯回(huí)綫測量(liáng)數(shù)據(jù)。

5. 拷貝並(bìng)帶(dài)回(huí)電滯(zhì)回(huí)綫測量(liáng)數據(jù)，以(yǐ)便於後續數(shù)據(jù)處理使(shǐ)用(yòng)。

6. 實驗結束後(hòu)，先關閉(bì)測量(liáng)儀，後(hòu)關(guān)閉計算機(jī)。

7. 用(yòng)電(diàn)滯(zhì)回(huí)綫測量數據，計(jì)算相應(yīng)的數據Pr，Ps，Ec。