铁电物理学ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,铁电材料概述,铁电材料概述,1,报告提纲,概念,制备方法,现有铁电材料的优缺点以及研究方向,铁电材料的应用,报告提纲概念,2,铁电材料,压电材料,是实现机械能与电能相互转换的功能材料.,压电材料主要有四种,：压电单晶、压电陶瓷、压电聚合物及复合压电材料。,铁电材料,：在具有压电效应的材料中,具有自发极化,，,而且其自发极化强度可以因外电场反向而反向,或者在电场作用下不可反向但可以重取向的晶体。,铁电材料压电材料是实现机械能与电能相互转换的功能材料.,3,铁电体的基本物理特性,1 自发极化与铁电体,诱导极化：,E0,P,电滞回线：,P,r称为铁电体的剩余极化强度,Ec,为矫顽场,电场在正负饱和值之间循环一周时，形成了铁电电滞回线。,铁电体的基本物理特性1 自发极化与铁电体电滞回线：,4,铁电材料的分类,（1）结晶化学分类,含有氢键的晶体（磷酸二氢钾）：这类晶体通常是从水溶液中生长出来的，故常被称为水溶性铁电体，又叫软铁电体；,双氧化物晶体,（ABO,3,）：称为硬铁电体,（2）按极化轴多少分类,沿一个晶轴方向极化的铁电体,沿几个晶轴方向极化的铁电晶体,（3）按照在非铁电相时有无对称中心分类,非铁电相无对称中心：由于无对称中心的晶体一般是压电晶体，故它们都是具有压电效应的晶体,非铁电相时有对称中心：不具有压电效应,（4）按相转变的微观机构分类,（5）“维度模型”分类法,铁电材料的分类（1）结晶化学分类,5,铁电材料的制备方法,1 固相反应法,2,溶胶一 凝胶法,3 熔盐法,4 喷雾分解法,5 柠檬酸前驱法,6,水热法,7 无卤素法,8 低温液相法,9,铁电材料的制备方法1 固相反应法,6,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（5 C/cm2）；,高的居里温度（在器件的存储和工作温度范围之外）；,铁电材料厚度要薄（亚微米）以使矫顽场Ec较小；,能够承受一定的击穿场强；,内在开关速度要快（纳秒级别）；,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；,化学稳定性要好；,加工均匀性好；,易于集成到CMOS 工艺中去；,对周围电路无不良影响；,污染小等,理想的铁电材料需要满足如下特点：介电常数小；,7,实际铁电材料存在的问题,介电常数，极化程度，居里温度,漏电,压电常数疲劳,弹性脆化,有限的应变能力,有限的机械强度,厚度的控制,污染,实际铁电材料存在的问题介电常数，极化程度，居里温度,8,铁电材料的应用,铁电材料的应用,9,非挥发性铁电随机存储器,即使在电源中断的情况，存储的信息也不会丢失,铁电体不仅作为电容而且是存储器的一部分,低电压运作（1.0-5.0V),低功耗,小尺寸，仅为EEPROM单元 的20%,抗辐射。（军用，卫星通讯）,高速：200ns 读取时间,易与其它Si器件集成,非挥发性铁电随机存储器即使在电源中断的情况，存储的信息也不,10,铁电存储器的电路结构,2T-2C结构,由两个场效应管两个电容构成一存储器记忆单元,通过比较两边的输出而得出存储的信息,铁电存储器的电路结构2T-2C结构,11,FeRAM器件结构,FeRAM器件结构,12,铁电动态随机存取存储,铁电薄膜作为一大介电常数的电容介质,利用铁电体大的介电常数(,=100-2000),，代替原来用的SiO,2,(,=3.9），,可以减小存储单元面积。,SiO,2,4,Ta,2,O,5,25,Ferroelectrics100-1000,铁电体大的介电常数可缓解为增大面积而进行的,Trenching,stacking,铁电动态随机存取存储 铁电薄膜作为一大介电常数的电容介质,13,铁电存储器,在MOS中用铁电薄膜（F）代替二氧化硅栅氧化物薄膜（O）构成MFSFET场效应管,由于极化滞后，漏电流展现两种状态：开，关,读写过程不需要大电场，在读后也不需重写。设计简单。,铁电存储器在MOS中用铁电薄膜（F）代替二氧化硅栅氧化物薄膜,14,Thank you！,Thank you！,15,