[发明专利]一种绝缘/漏电铁电薄膜电畴反转电流测量与转换为电滞回线的方法

摘要

本发明属于固态电介质性能测试技术领域，具体为一种绝缘/漏电铁电薄膜电畴反转电流测量与转换为电滞回线的方法。本发明首先在漏电的铁电薄膜上施加同极性的不同外加电压，由示波器记录并通过多项式/指数函数拟合求得铁电薄膜的漏电流和施加在铁电薄膜上的电压的函数关系。而后对薄膜施加双极性连续脉冲，利用漏电流与铁电薄膜两端电压函数关系扣除漏电流，得到电畴反转电流曲线。在任意时刻将电畴反转电流曲线对时间积分即得到对应该时刻铁电薄膜的极化值，与该时刻对应铁电薄膜两端电压逐点作图即得漏电铁电薄膜的电滞回线。本发明方法采用标准电阻取代了传统方法中的参考电容，测量速度更快，并且可以正确地测量漏电薄膜的电滞回线。

主权项

1.一种绝缘/漏电铁电薄膜电畴反转电流测量与转换为电滞回线的方法，其特征在于分为下述2种： 一、绝缘铁电薄膜电畴反转电流测量与转换为电滞回线的具体步骤如下： (1) 将待测铁电薄膜与测试电路串联，该测试电路由信号发生器、示波器和标准电阻组成；利用脉冲信号发生器产生一个双极性电压脉冲,由示波器记录测试过程中电路总电阻两端的电压V_R(t)随时间的变化；(2) 电路总电阻R_t等于示波器和信号发生器内阻与标准电阻组成的电路总电阻,为已知；通过示波器的电流即为电畴反转电流,即I_SW(t)=V_R(t)/R_t,电畴反转电流对时间积分，即得到对应该时刻的极化强度的大小：，铁电薄膜在整个测量过程中，两端电压表示为V_f(t)=V(t)-V_R(t)，将P_f(t)～V_f(t)作图，即得所待测铁电薄膜的电滞回线；其中，S为电极面积，V(t)为脉冲电压；二、漏电铁电薄膜电畴反转电流测量与转换为电滞回线的具体步骤如下： (1)将待测铁电薄膜与测试电路串联，该测试电路由信号发生器、示波器和标准电阻组成；利用脉冲发生器产生一足够宽的脉冲，以使待测漏电铁电薄膜在所加电压的时间范围内电畴完全反转； (2)在电流稳定后测量通过漏电同极性铁电薄膜的电流，此时铁电畴极化方向和外界电场方向一致，测量过程在完成电容器充电后进行，所测电流只包含漏电流部分，即测得通过漏电铁电薄膜的漏电流值；(3) 改变脉冲幅值与极性，测量不同电压下通过漏电铁电薄膜的漏电流值；(4) 根据以上所测数据,由公式：V_f = V-I_LR_t计算出每个漏电流下铁电薄膜两端的电压，作出漏电流I_L和薄膜两端电压V_f的曲线，进行多项式拟合，求出漏电流I_L以薄膜两端电压V_f为自变量的方程I_L=F(V_f)；其中，R_t为系统总电阻,V为测量脉冲幅值,I_L为通过漏电铁电薄膜和串联电阻上的漏电流,V_f为施加在铁电薄膜上的电压；(5)通过在测试脉冲前的预置脉冲确保而后施加的测试脉冲极性与电畴取向极性相反；由示波器记录通过电路的总电流随时间的变化I(t)，求出铁电薄膜两端的真实电压随时间变化V_f(t)，由以上漏电流－电压的函数关系I_L=F(V_f)，逐点计算出铁电薄膜中漏电流随时间变化I_L=F[V_f(t)],并从I(t)总电流中进行逐点扣除，得到电畴反转电流随时间变化关系I_sw(t)=I(t)－I_L(t)=I(t)-F[V_f(t)]；(6)利用脉冲信号发生器产生一个双极性电压脉冲，由示波器记录测试过程中电路中串联总电阻R_t两端的电压V_R(t) 随时间的变化；由于电路总电阻R_t已知,通过示波器的电流即为电畴反转电流与漏电流之和,即I(t)=V_R(t)/R_t, 利用步骤（5）求出的电畴反转电流随时间变化关系I_sw(t)=I(t)－F[V_f(t)]，扣除漏电流得到电畴反转电流，将电畴反转电流对时间积分即得到对应时刻的极化强度的大小：，铁电薄膜在整个测量过程中两端电压表示为V_f(t)=V(t)-V_R(t)（V(t)为测试脉冲电压），将P_f(t)～V_f(t)作图，即得待测漏电铁电薄膜的电滞回线。