鐵電材料及鐵電性的介紹

鐵電存儲(chu) 器能夠實現存儲(chu) 功能的核心是鐵電材料及其具備的鐵電性，利用該特性製備成鐵電電容，便可以實現存儲(chu) 功能。以鐵電電容為(wei) 核心，設計鐵電存儲(chu) 器的基本存儲(chu) 單元，並結合譯碼電路、驅動電路、靈敏放大器等電路設計鐵電存儲(chu) 器的存儲(chu) 陣列。鐵電存儲(chu) 器的存儲(chu) 陣列、字線電壓控製模塊、時序控製邏輯、數據傳(chuan) 輸邏輯等模塊共同構成了鐵電存儲(chu) 器。

一般認為(wei) ，鐵電材料的研究開始於(yu)  1920 年，法國科學家 Valasek 在研究中發現，羅息鹽（即酒石酸鉀鈉，NaKC4H4O6·4H2O）在施加外電場 E 的作用下，其極化強度 P 隨著外電場 E 的改變產(chan) 生圖 2-1 所示的滯後回線的關(guan) 係，是一種非常特殊的非線性介電行為(wei) 。由於(yu) 圖 2-1 中的極化強度-電壓的曲線與(yu) 鐵磁體(ti) 的磁滯回線相似，因此鐵電材料的極化強度-電壓的曲線也被成為(wei) 電滯回線，擁有這種特性的晶體(ti) 被稱為(wei) “鐵電體(ti) ”，相應的材料被稱為(wei) “鐵電材料”。而鐵電材料不止擁有鐵電性，它還擁有良好的壓電性、熱釋電性、光電效應以及聲光效應等，所以鐵電材料受到業(ye) 界各行業(ye) 的廣泛關(guan) 注。

鐵電材料是指材料本身具有自發極化特性，且材料發生自發極化時極化方向會(hui) 有 2 個(ge) 或多個(ge) 可能取向，並且同時其極化強度隨著外加電場的變化會(hui) 隨之改變的極性電介質。在圖 2-1 中，假設鐵電材料初始極化強度為(wei) 0，那麽(me) 在外加電壓情況下，其極化強度會(hui) 隨電壓增加而增加，當外部電壓到達 Vsat 時，極化強度到達Psat。Psat 又被成為(wei) 大極化強度或者飽和極化強度（Saturated polarization），Vsat 又被稱為(wei) 大極化電壓或飽和極化電壓（Saturated voltage）。但是當外部電壓被撤銷時，其極化強度並不會(hui) 隨著外部電壓降低而變為(wei)  0，而是隨著外部電壓的變為(wei) 0，其極化強度會(hui) 變為(wei)  Pr，即剩餘(yu) 極化強度（Residual polarization）。隨著外部電壓的繼續降低，當外部電壓到達-Vc 時，鐵電材料的極化強度變為(wei) 0，該外部電壓 Vc 被稱為(wei) 矯頑電壓（Coercive voltage）。當電壓降至-Vsat 時，鐵電材料極化強度會(hui) 到達-Psat，即與(yu)  Psat 相反的極化強度，當電壓從(cong) -Vsat 變為(wei) +Vsat 時，極化強度便會(hui) 沿著與(yu) 上部分曲線呈中心對稱的下部分曲線變化。這便是電滯回線的特性，一般認為(wei) 電滯回線是鐵電材料的基本特性。

但是，僅(jin) 憑電滯回線判斷鐵電材料並不jing準。原因一是電介質本身具有一定的非線性電阻，或者電介質材料的介電常數並非固定值，而是與(yu) 外加電場強度相關(guan) ；二是一些半導體(ti) 鐵電材料本身具有較大的漏電流，使用傳(chuan) 統的 Sawyer-Tower電路方法難以觀測到電滯回線。因此，測試得到的電滯回線隻能被認為(wei) 是鐵電材料的重要特征之一。近年來，較大漏電流造成的鐵電材料電滯回線難以測量的技術障礙已經被科學家突破，科學家通過串聯鐵電電容和外接電阻的新電路測試法成功測得部分鐵電材料的電滯回線。而從(cong) 微觀結構來看，鐵電體(ti) 可以有以下定義(yi) ：鐵電體(ti) 晶胞具有大小相等的非零電偶極矩；且晶胞具有兩(liang) 個(ge) 或兩(liang) 個(ge) 以上的結晶學等效方向，電偶極矩可以沿其中任一個(ge) 方向取向。即在外電場作用下，電偶極矩可以由原來方向轉變到其他結晶學等效方向。