鐵電薄膜鐵電性能測試及相關測試設備

鐵電薄膜鐵電性能測試及相關(guan) 測試設備

一、鐵電性能簡介：

鐵電體(ti) :在一定溫度範圍內(nei) 存在自發極化,自發極化具有兩(liang) 個(ge) 或多個(ge) 可能的取向,其取向可能隨電場而轉向.鐵電體(ti) 並不含“鐵",隻是它與(yu) 鐵磁體(ti) 具有磁滯回線相類似，具有電滯回線，因而稱為(wei) 鐵電體(ti) 。在某一溫度以上，它為(wei) 順電相，無鐵電性，其介電常數服從(cong) 居裏-外斯（Curit-Weiss）定律。

鐵電相與(yu) 順電相之間的轉變通常稱為(wei) 鐵電相變，該溫度稱為(wei) 居裏溫度或居裏點Tc。鐵電體(ti) 即使在沒有外界電場作用下，內(nei) 部也會(hui) 出現極化，這種極化稱為(wei) 自發極化。自發極化的出現是與(yu) 這一類材料的晶體(ti) 結構有關(guan) 的。晶體(ti) 的對稱性可以劃分為(wei) 32種點群。在無中心對稱的21種晶體(ti) 類型種除432點群外其餘(yu) 20種都有壓電效應，而這20種壓電晶體(ti) 中又有10種熱釋電現象。熱釋電晶體(ti) 是具有自發極化的晶體(ti) ，但因表麵電荷的抵償(chang) 作用，其極化電矩不能顯示出來，隻有當溫度改變，電矩（即極化強度）發生變化，才能顯示固有的極化，這可以通過測量一閉合回路中流動的電荷來觀測。

熱釋電就是指改變溫度才能顯示電極化的現象，鐵電體(ti) 又是熱釋電晶體(ti) 中的一小類，其特點就是自發極化強度可因電場作用而反向，因而極化強度和電場E 之間形成電滯回線是鐵電體(ti) 的一個(ge) 主要特性。自發極化可用矢量來描述，自發極化出現在晶體(ti) 中造成一個(ge) 特殊的方向。晶體(ti) 中，每個(ge) 晶胞中原子的構型使正負電荷重心沿這個(ge) 特殊方向發生相對位移，使電荷正負重心不重合，形成電偶極矩。整個(ge) 晶體(ti) 在該方向上呈現極性，一端為(wei) 正，一端為(wei) 負。在其正負端分別有一層正和負的束縛電荷。

束縛電荷產(chan) 生的電場在晶體(ti) 內(nei) 部與(yu) 極化反向（ 稱為(wei) 退極化場），使靜電能升高，在受機械約束時，伴隨著自發極化的應變還將使應變能增加，所以均勻極化的狀態是不穩定的，晶體(ti) 將分成若幹小區域，每個(ge) 小區域內(nei) 部電偶極子沿同一方向，但各個(ge) 小區域電偶極子方向不同，這些小區域稱為(wei) 電疇或疇，疇的間界叫疇壁。疇的出現使晶體(ti) 的靜電能和應變能降低，但疇壁的存在引入了疇壁能。總自由能取極小值的條件決(jue) 定了電疇的穩構型。

二、實驗目的：

1、了解什麽(me) 是鐵電體(ti) ，什麽(me) 是電滯回線。

2、了解鐵薄膜材料的功能和應用前景。

3、使用設備：Huace FE-3000鐵電分析儀(yi)

三、實驗原理

1、鐵電體(ti) 的特點

（1）電滯回線

推薦使用Huace FE-3000鐵電分析儀(yi) ，適用於(yu) 鐵電薄膜、鐵電體(ti) 材料（既可塊體(ti) 材料）的電性能測量，可測量鐵電薄膜電滯回線、可地測出具有非對稱電滯回線鐵電薄膜的Pr值。

其主要技術指標：

1.輸出信號電壓：：薄膜：0～±10V 陶瓷、材料：0～±2000V

2.輸出信號頻率：薄膜材料1-1000HZ，陶瓷：0-1Hz

3.電容範圍：1000nf～ 100nf, 精度: ≤1%。

4.電流範圍: 1nA～10A ,精度: ≤1%。

5、測試樣品：0-20mm 5個(ge)

6、高壓樣品池：2個(ge) ，一個(ge) 封閉式：8CM*6CM 一個(ge) 開放式：8CM*5CM

7、探針台：一個(ge)

8、電流：1-10倍放大，信號：1-20倍。.數據結口：USB或BNC接口。

9. 數據采集分析軟件： 能畫出鐵電薄膜的電滯回線，定量得到鐵電薄膜材料的飽和極化Ps、剩餘(yu) 極化Pr、矯頑場Ec、漏電流等參數;可以進行鐵電薄膜材料的鐵電疲勞性能、鐵電保持性能的測試，電阻測量，漏電流測量。

10.可以配合相關(guan) 壓電測試儀(yi) 操作係統

2、實驗內(nei) 容

測量鐵電薄膜樣品的電滯回線，畫出電滯回線及得到鐵電薄膜材料的飽和極化±Ps、剩餘(yu) 極化±Pr、矯頑場±Ec、電容量C等參數。

【實驗步驟】

1. 準備工作：首先開啟計算機，閱讀儀(yi) 器說明書(shu) 。

2. 初始化：在低電壓（100V）下運行測量軟件，開啟測量儀(yi) ，並檢查探針位置是否正確。

3. 確定高壓區間V ：調整高電壓和低電壓， 觀察能出現標準電滯回線的最大和最小的 電壓值，並記錄為(wei) Vmax和Vmin，高壓區間為(wei) V = Vmax* Vmin。值得注意的是，軟件中輸入的高壓值在本次試驗的試驗儀(yi) 上通常達不到，因此需要輸入比目標電壓更高 一些的電壓值，電壓值以實際高壓為(wei) 準。（備注：高壓區間指的是保持標準電滯回線的zui 低和最高電壓。）

4. 測量電滯回線：在剛剛確定的那個(ge) 電壓範圍內(nei) ，選擇五個(ge) 電壓值，間隔為(wei) ?V /5，分別測量在這五個(ge) 電壓值下的電滯回線，並且保留電滯回線測量數據。

5. 拷貝並帶回電滯回線測量數據，以便於(yu) 後續數據處理使用。

6. 實驗結束後，先關(guan) 閉測量儀(yi) ，後關(guan) 閉計算機。

7. 用電滯回線測量數據，計算相應的數據Pr、Ps、Ec。