[发明专利]一种杂化非本征铁电体Ca3Ti2O7及其掺杂化合物的应用

说明书

本发明提供了一种杂化非本征铁电体Ca₃Ti₂O₇及其掺杂化合物在铁电存储器中的应用，涉及压电材料技术领域。本发明提供的杂化非本征铁电体Ca₃Ti₂O₇及其掺杂化合物在铁电存储器中的应用，所述Ca₃Ti₂O₇及其掺杂化合物具有负压电性。杂化非本征铁电体Ca₃Ti₂O₇及其掺杂化合物具有负压电性，将其与正压电性材料结合后制作的铁电存储器的有效元件，具有无电场引起应力的优点，使器件整体不表现出压电效应，大大增强了器件的抗疲劳性，延长了铁电存储器的寿命。

技术领域

本发明涉及压电材料技术领域，尤其涉及一种杂化非本征铁电体Ca₃Ti₂O₇及其掺杂化合物的应用。

背景技术

压电性是电介质在压力作用下发生极化而在两端表面间出现电位差的性质。1880年法国人P.居里和J.居里兄弟发现石英晶体受到压力时，它的某些表面上会产生电荷，电荷量与压力成正比，称这种现象为压电效应；具有压电效应的物体称为压电体。居里兄弟还证实了压电体具有逆压电效应，即在外电场作用下压电体会产生形变。所述的“逆压电效应”不等同于“负压电效应”，负压电效应指具有负压电性的压电材料的压电常数为负值，相反于正压电材料。大部分压电材料都为正压电材料。

压电常数是压电体把机械能转变为电能或把电能转变为机械能的转换系数，它反映压电材料弹性（机械）性能与介电性能之间的耦合关系。选择不同的自变量（或者测量时选用不同的边界条件），可以得到四组压电常数d、g、e、h，其中较常用的是压电常数d。其中压电常数d33是表征压电材料性能的最常用的重要参数之一，一般陶瓷的压电常数越高，压电性能越好。下标中的第一个数字指的是电场方向，第二个数字指的是应力或应变的方向，“33”表示极化方向与测量时的施力方向相同。

具有负压电性的材料与具有正压电性的材料的区别是：在给其附加外电场时，当材料极化方向和外电场方向一致时，正压电材料在附加电场方向会伸长，形变量和电场方向同向；而负压电材料在附加外电场时，会在电场方向收缩，形变量和电场方向相反。

由于铁电单晶、陶瓷和薄膜的压电性远高于其他非铁电材料，因此，铁电单晶、陶瓷和薄膜的机电性质得到了广泛研究。在实验中观察到典型的铁电单晶和陶瓷如(BaTiO₃, BT)、Bi_0.9La_0.1FeO₃和(Bi_1/2K_1/2)TiO₃ 等大多数铁电材料表现出正的压电性，晶格会延外电场方向扩展，其位移-电场强度曲线都呈“w”型。据所知，目前只有两种铁电体被实验确定具有负压电性，一种是铁电聚合物聚偏氟乙烯PVDF，另一种是二维层状铁电材料CuInP₂S，它们的位移-电场强度曲线呈“m”型。

压电材料的抗疲劳性好、响应快、温度稳定性和经时稳定性好。利用压电晶体的压电效应可制成稳定性高的变频振荡器和选择性好的滤波器，也可制成压电厚度计等；也可利用压电材料的逆压电效应将电能转变为机械能或机械运动，从而制成压电驱动器，也可适用于制作精密的微位移制动器。

铁电存储器是一种特殊工艺的非易失性的存储器，当一个电场施加到铁晶体上时，中心原子顺着电场停在一种低能量状态，反之，当电场反转被施加到同一铁电体晶体管时，中心原子顺着电场的方向在晶体里移动并停在另一低能量状态。大量中心原子在晶体单胞中移动耦合形成铁电畴，铁电畴在电场作用下形成极化电荷。铁电畴在电场下反转所形成的极化电荷较高，铁电畴在电场下无反转所形成的极化电荷较低，这种铁电材料的二元稳定状态使得铁电可以作为存储器。