鐵電材料及其應用-課件

鐵電材料及其應用1ppt課件目錄引言鐵電薄膜的晶體結構鐵電薄膜的電性能鐵電薄膜的應用總結2ppt課件什么是鐵電材料？磁電鐵電體鐵磁體具有自發(fā)磁化的現象3ppt課件壓電材料和鐵電材料壓電材料壓電材料：機械能與電能相互轉換的功能材料。鐵電材料：具有壓電效應材料中，能自發(fā)極化的一類材料。熱釋電材料壓電材料一般介電材料壓電材料熱釋電材料鐵電材料在晶體中，如果晶胞中正負電荷中心不重合，即每一個晶胞具有一定的固有偶極矩，由于晶體結構的周期性和重復性，晶胞的固有偶極矩便會沿同一方向排列整齊，使晶體處于高度極化狀態(tài)。這種在無外電場作用下存在的極化現象稱為自發(fā)極化

4ppt課件鐵電材料的發(fā)展歷史和現狀羅息鹽時期—發(fā)現鐵電性KDP時期—熱力學理論鈣鈦礦時期—軟模理論鐵電薄膜及其器件時期—小型化5ppt課件時間事件人物1824在羅息鹽中發(fā)現熱釋電性Brewster1921發(fā)現羅息鹽具有鐵電性Valasek1935Busch19441949Devonshire1951提出反鐵電體概念1964研制出鐵電半導體(PTC)器件1977研制出鐵電薄膜1993鐵電薄膜和硅技術結合6ppt課件鐵電薄膜的晶體結構及自發(fā)極化氧八面體排列

原胞7ppt課件鈦酸鋇晶體及自發(fā)極化鈦酸鋇的氧八面體結構8ppt課件立方晶相：a=b=c，α=γ=β=90°四方晶相：a=b≠c，α=γ=β=90°正交晶相：

a≠b≠cα=γ=β=90°三角晶相：a=b=cα=γ=β

≠90°9ppt課件自發(fā)極化的微觀機制極軸導致自發(fā)極化熱運動引起的自發(fā)極化有序無序型極化10ppt課件--+++---++--++++++--++++極化軸C-++--+極性軸導致的自發(fā)極化-+-+固有偶極子正電荷與負電荷層交替排列-+-+-+-+11ppt課件氧八面體空腔體積大于鈦離子體積，給鈦離子位移的余地。

由熱運動導致的自發(fā)極化較高溫度時，鈦離子熱振動能較大，難于在偏離中心的某一個位置上固定下來，接近六個氧離子的幾率相等，晶體保持高的對稱性，自發(fā)極化為零。????????°°12ppt課件較低溫度時，鈦離子熱振動能降低，因熱漲落，熱振動能特別低的離子占很大比例，其能量不足以克服氧離子電場作用，有可能偏離平衡位置向某一個氧離子靠近，偶極矩間的相互作用使偏離平衡位置的離子在新平衡位置上固定下來，并使這一氧離子出現強烈極化，發(fā)生自發(fā)極化，使晶體順著該方向延長，晶胞發(fā)生輕微畸變，由立方變?yōu)樗姆骄w。????????°°圖B13ppt課件鐵電薄膜的電性能介電性壓電性熱釋電性鐵電性14ppt課件介電性

15ppt課件壓電性壓電效應：當晶體受到機械力的作用時，表面將產生束縛電荷，電荷密度的大小和所受到的機械力成線性關系，這種由機械力產生電效應的過程稱之為壓電效應。

16ppt課件

壓電介質機械能電能正壓電效應逆壓電效應壓電效應及可逆性17ppt課件(1)壓電單晶—典型代表石英晶體壓電效應的物理機制晶體內部正負離子的偶極矩在外力的作用下由于晶體的形變而被破壞，導致使晶體的電中性被破壞，從而使其在一些特定的方向上的晶體表面出現剩余電電荷而產生的。(a)(b)(c)(d)18ppt課件逆壓電效應和電致伸縮效應的區(qū)別

與逆壓電效應的區(qū)別ES逆壓電效應電致伸縮效應19ppt課件熱釋電性熱釋電性：由于溫度的變化，晶體出現結構上的電荷中心相對位移，使自發(fā)極化強度發(fā)生變化，從而在兩端產生異號的束縛電荷，這種現象稱之為熱釋電性壓電體和熱釋電體的區(qū)別和聯(lián)系區(qū)別因為溫度變化引起晶體脹縮無方向性，因此由政府電荷中心位移產生的壓電晶體并不產生熱釋電效應聯(lián)系雖然溫度變化引起晶體脹縮無方向性，但是由于自發(fā)極化偶極矩的存在使熱釋電晶體具有壓電效應20ppt課件鐵電性電疇的概念疇：原子或離子有序排列的區(qū)域，疇與疇之間的邊界叫做疇壁。21ppt課件E22ppt課件90°疇壁180°疇壁23ppt課件自發(fā)極化剩余極化矯頑電場

CBODEFA24ppt課件ABO&C&FDE

CBODEFA25ppt課件改進型的Sawyer&Tower電路Sawyer&Tower電路26ppt課件因為Cx和C0是串聯(lián)的，故兩個電容器上的電荷是一樣多的，即：

Qx=Qc=Q

因為樣品的有效面積A和電容C是已知的，A/C為常數故U2與電位移D成正比。對于壓電陶瓷，εr>>1，故D≌P，因此U2與P成正比27ppt課件

電容器上的電壓U2接到示波器的垂直致偏電極上，垂直幅度Uy與電壓U2成正比，也就是說，示波器垂直幅度與電位移D（或極化強度P）成正比。水平致偏電極則接到電位器W的滑動接點上，由于C>>Cx，故U>>U1，因此水平致偏電極之間的水平幅度電壓Ux正比于試樣兩端的電壓U1，而試樣兩端的電場強度E=U1/d，因此在示波器上可以觀察到P-E（或D-E）曲線，即電滯回線。28ppt課件居里溫度：鐵電－順電轉變溫度當溫度高于某一數值時，由于熱擾動，自發(fā)極化變?yōu)榱?，晶體將不再具備鐵電性，這一臨界溫度就稱為居里溫度Tc。在居里點以下，由于存在自發(fā)極化，晶體呈現鐵電性，為鐵電相。居里電以上，材料為順電相。BaTiO3的例子：

120℃0±5℃－90±9℃順電相鐵電相鐵電相鐵電相立方相四方相正交相三方相29ppt課件

臨界特性晶體在發(fā)生順電-鐵電相變或其它極化狀態(tài)發(fā)生變化的結構相變時，晶體的一系列物理性質發(fā)生反常變化。例如晶體的介電性質、彈性、壓電性、光學性質、熱學性質等大都出現明顯的變化。晶體在相變點附近發(fā)生的各種性能反常變化通稱為臨界現象。30ppt課件鐵電薄膜的應用聲表面濾波器(SurfaceAcousticWaveFilter)SAW換能器熱釋電探測器存儲器31ppt課件壓電基片吸聲材料聲表面濾波器的一般結構示意圖聲