[发明专利]一种铁电薄膜成核可逆电畴极化强度的测量方法

摘要

本发明属于固态电介质应用技术领域，具体为一种铁电薄膜成核可逆电畴极化强度的测量方法。预极化铁电薄膜电畴极化方向至外加电压的反平行方向，通过施加不同脉冲宽度的电压后，测得不同铁电电容器电压时铁电电容器放电电荷面密度及铁电薄膜反转电畴极化强度；预极化铁电薄膜电畴极化方向至外加电压的平行方向，通过施加不同脉冲宽度的电压后，测得不同铁电电容器电压时铁电电容器放电电荷面密度；最终可计算出铁电薄膜成核可逆电畴极化强度。本发明方法可适应各种情况，而且测量精度高，便于深入了解铁电薄膜成核电畴生长运动的动力学机理，可应用在超高介电响应等新型器件中。

主权项

1. 一种铁电薄膜成核可逆电畴极化强度的测量方法，其特征在于采用电脉冲测量法，分为预极化铁电薄膜电畴极化方向与外加电压处于反平行及平行方向两种情况，分别通过施加不同脉冲宽度的电压后，相应测量不同铁电电容器电压下铁电电容器放电电荷面密度及铁电薄膜反转电畴极化强度，进而计算铁电薄膜成核可逆电畴极化强度；具体测量步骤如下：(1)、预极化铁电薄膜电畴极化方向至外加电压V的反平行方向；在外加脉冲宽度电压V和总串联电阻作用下，通过示波器测量两端的电压随时间的变化，得到在脉冲宽度范围内，铁电电容器充电电流为，其等于电畴极化反转电流；在脉冲宽度之后，铁电电容器放电电流为；铁电电容器在脉冲宽度结束时的电压为：(1)其中，为时刻铁电薄膜电容器上电压，V为外加电压，为电路中总串联电阻，为时刻的铁电电容器充电电流；     (2)、根据步骤(1)测量数据，按电容器充电存储电荷等于充电电流对时间积分公式：(2)计算得时刻铁电电容器充电存储电荷面密度，其中，S为铁电平行板电容器的电极面积；(3)、根据步骤(1)测量数据，按电容器放电电荷等于放电电流对时间积分公式：(3)计算得预极化铁电薄膜电畴极化方向与外加电压反平行时，在铁电电容器电压下铁电电容器放电电荷面密度，其中，为铁电电容器放电结束时间；(4)、根据步骤(2)-(3)，按铁电薄膜反转电畴极化强度等于预极化铁电薄膜电畴极化方向与外加电压反平行时铁电电容器充放电电流密度对时间积分公式： (4)计算得在铁电电容器电压下，铁电薄膜反转电畴极化强度；(5)、在外加电压V作用下，脉冲宽度以步长Δt从0秒增大到铁电电容器完全充电时间，重复步骤(1)-(4)，得到预极化铁电薄膜电畴极化方向与外加电压反平行时，在不同铁电电容器电压下铁电电容器放电电荷面密度及铁电薄膜反转电畴极化强度；(6)、预极化铁电薄膜电畴极化方向至外加电压V的平行方向，重复步骤(1)和(3)，得预极化铁电薄膜电畴极化方向与外加电压V平行时，在铁电电容器电压下铁电电容器放电电荷面密度；(7)、在外加电压V作用下，脉冲宽度以步长Δt从0秒增大到铁电电容器完全充电时间，重复步骤(6),得到预极化铁电薄膜电畴极化方向与外加电压V平行时，在不同铁电电容器电压下铁电电容器放电电荷面密度；(8)、采用电脉冲电滞回线测量法，得到铁电薄膜剩余极化强度，结合步骤(5)所得不同铁电电容器电压下铁电薄膜反转电畴极化强度，由公式：(5)计算得在不同铁电电容器电压下，铁电薄膜电畴反转区域的百分比率，及进一步得到铁电薄膜电畴未反转区域的百分比率为；(9)、根据步骤(5)、(7)和(8)，由公式：(6)计算得在不同铁电电容器电压下，铁电薄膜成核可逆电畴极化强度，其中，铁电薄膜成核可逆电畴极化强度，为铁电薄膜电畴未反转区域的放电电荷面密度，为电畴反转区域的放电电荷面密度，为铁电薄膜印刻电压。