铁电材料和反铁电材料

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1、铁电材料和反铁电材料概述铁电体：某些晶体在一定的温度范围内具有自发极化，而且其自发极化方向可以因外电场方向的反向而反向，晶体的这种性质称为铁电性，具有铁电性的晶体称为铁电体反铁电体：在一定温度范围内相邻离子联线上的偶极子呈反平行排列，宏观上自发极化强度为零，无电滞回线的材料，称为反铁电体典型的铁电材料铁电材料概括起来可以分为两大类：a.一类以磷酸二氢钾KH2PO4--简称KDP--为代表，具有氢键，他们从顺电相过渡到铁电像是无序到有序的相变；b.另一类则以钛酸钡为代表，从顺电相到铁电相的过渡是由于其中两个子晶格发生相对位移典型的反铁电材料NH4H2PO4型（包括NH4H2AsO

2、4及氘代盐等）；（NH4）2SO4型（包括NH4HSO4及NH4LiSO4等）；（NH4）2H3IO6型（包括Ag2H3IO6等）；钙钛矿型（包括NaNbO3、PbZrO3、PbHfO3等）；RbNO3等。铁电体和反铁电体的相同点铁电体和反铁电体的不同点电滞回线铁电体中由于出现畴结构，一般地宏观极化强度p＝0。当外电场E很小时p与E有线性关系。当E足够大以后，出现p滞后于E而变化的关系曲线称为电滞回线。经过固定振幅的强交变电场多次反复极化之后，电滞回线有大致稳定的形状,参见图。其中的箭头标明回线循环的方向。当E很大时极化趋向饱和，从这部分外推至纵轴的截距p称为饱和极化强度。E由

3、幅值减小时p略有降低，当E＝0时，铁电体具有剩余极化强度pr；当电场反向至E=-Ec时，剩余极化迅速消失，反向电场继续增大时极化反向形成大致对称的回线；Ec称为矫顽场。电滞回线是判断铁电性的重要标志。双电滞回线反铁电体在转变温度以下，邻近的晶胞彼此沿反平行方向自发极化。反铁电体一般宏观无剩余极化强度，但在很强的外电场作用下，可以诱导成铁电相，其P-E呈双电滞回线。其在E较小时，无电滞回线，当E很大时，出现了双电滞回线。反铁电材料与铁电材料储能过程当施加在铁电电容器的电场撤掉时，由于铁电体较大的剩余极化，大部分充电输入的能量WF被存储在材料中，只有很小一部分W'F被释放;而对于反

4、铁电电容器，当电场降为零，极化也降至零，材料不储存多余能量，除去很小一部分WAF因极化转向发热的损耗外，输入能量的大部分W'AF以电能释放反铁电体在足够电场作用下转变为铁电体，这便是一个储能的过程;当电场强度逐步减小到零，铁电相变为反铁电相，这就是一个释能过程铁电体的特性极化强度P和电场强度E有复杂的非线性关系，εr不是常量，它随E变；有电滞现象，在周期性变化的电场作用下，出现电滞回线，有剩余极化强度；当温度超过某一温度时，铁电性消失，这一温度叫做居里（PierreCurie）温度；铁电体内存在自发极化小区，把这种小区叫做电畴。正是因为存在电畴，铁电体才具有以上这些独特的性质。

5、铁电体性质铁电性：在一些电介质晶体中，晶胞的结构使正负电荷重心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化，晶体的这种性质叫铁电性。介电性：将某一均匀的电介质作为电容器的介质而置于其两极之间，则由于电介质的极化，将使电容器的电容量比真空为介质时的电容量增加若干倍的性质。压电性：某些介质的单晶体，当受到定向压力或张力的作用时，能使晶体垂直于应力的两侧表面上分别带有等量的相反电荷的性质。光电效应：物质由于吸收光子而产生电的现象。声电效应：通过在半导体中传播的声波的作用而产生电动势的一种现象。热释电效应：由于温度的变化引起极化状态改变的现象。光折变效应：在光场的

6、作用下使材料中的折射率发生了可逆的变化的现象。理想的铁电材料需要满足如下特点：●介电常数小；●合理的自极化程度；●高的居里温度；●较小的矫顽场Ec；●化学稳定性要好；●加工均匀性好；●数据的保持能力和持久能力要好；●如果是军方使用的话，还要求能够抗辐照；●能够承受一定的击穿场强；●内在开关速度要快；●易于集成到CMOS工艺中去；●对周围电路无不良影响；●污染小等。实际铁电材料存在的问题制备工艺的优化工艺机理的研究疲劳问题漏电流问题与集成器件工艺的结合污染问题铁电材料的研究现状铁电材料具有良好的铁电性、压电性、热释电性以及非线性光学等特性,是当前国际高新技术材料中非常活跃的研究领

7、域之一,其研究热点正向实用化发展。目前广泛研究和应用的铁电体主要为含铅类材料，如PbTiO3(PT)、Pb(Zr1-xTix)03(PZT)、(Pb，La)(Zr，Ti)03(PLZT)等。其中，PZT的优良压电性使之取代传统的BaTiO3成为应用最广的压电材料。铁电材料的应用反铁电体的晶体结构线性介质的微观结构特征是没有自发极化；铁电介质微观结构特征是具有很强的自发极化。反铁电介质陶瓷用途优良的储能材料，利用反铁电相-铁电相的相变可作储能电容器应用以PbZrO3为基的反铁电材料相变场强较高