電滯回線的測量方法簡介.ppt

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鐵電晶體電滯回線測量方法,,電滯回線(ferroelectrichysteresisloop),在較強的交變電場作用下，鐵電體的極化強度P隨外電場呈非線性變化，而且在一定的溫度范圍內(nèi)，P表現(xiàn)為電場E的雙值函數(shù)，呈現(xiàn)出滯后現(xiàn)象。這個P-E（或D-E）回線就稱為電滯回線。,測量鐵電體電滯回線常用方法,沖擊檢流計描點法示波器圖示法（Sawyer-Tower電路法）,示波器圖示法測量電滯回線原理圖,被測樣品Cx上串聯(lián)一個電容量很大的電容器C，為了消除U1和U2之間的相位差，在電容C上并聯(lián)了一個電阻R，調(diào)整R的大小便可使U1和U2之間的相位相同。,Cx,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Qx=Qc=Q,簡化原理圖,,Cx,因為樣品的有效面積A和電容C是已知的，A/C為常數(shù)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,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。,目前，電滯回線的測試電路一般是在Sawyer-Tower電路的基礎(chǔ)上進行改進，一般有兩種改進方法：物理補償（即通過添加電阻、電容等電子元器件來消除鐵電損耗對電滯回線造成的影響）數(shù)字補償（即利用計算機軟件通過一定的公式來消除損耗對電滯回線造成的影響）,鐵電體的等效電路,JingLiu等人利用數(shù)字補償法對測得的電滯回線進行修正，們在飽和極化區(qū)間內(nèi)連續(xù)取k個點，在上升部分定義為N1......Nk，下降部分定義為n1......nk，他們滿足ENi=Eni（1≤i≤k），并且每個部分所取的點成線性關(guān)系同時根據(jù)公式，調(diào)整C1和R1使S達到最小。,補償前后的電滯回線譜圖,實驗步驟,1.檢查儀器連線、檔位是否正確，準確無誤后按順序打開儀器。2.選擇合適尺寸的測試樣品，放入試樣盒。3.打開測試軟件，選擇恰當?shù)脑O(shè)置開始測量。4.記錄實驗條件，保存測量數(shù)據(jù)。,電滯回線示意圖,剩余極化強度Pr(OD)——E=0，自發(fā)極化強度的剩余部分（對整個晶體而言）。飽和極化強度Ps(OE)——線性部分BC段的延長線與極化軸的截距。（對每個電疇而言=每個電疇固有的飽和極化強度）矯頑電場Ec（OF）——E反向，電疇偶極矩反轉(zhuǎn)，沿E方向的疇=逆E方向的疇，P=0。電滯回線所包圍的面積——電場每變化一周，鐵電晶體所消耗的能量。鐵電晶體的損耗都比較高。矩形度——Rsq=（Pr/Ps）+(P1.1Ec/Pr),電滯回線的測量在鐵電材料研究的應(yīng)用,1.研究鐵電材料非線性問題2.研究鐵電材料電疲勞性能3.在鐵電材料改性方面的應(yīng)用,電滯回線測量應(yīng)用舉例：Bi0.9Nd0.1FeO3薄膜的電學性能研究◆預處理溫度的影響(Tp=250-325℃),1.所有的薄膜都表現(xiàn)出飽和的電滯回線2.275℃預處理的薄膜的剩余極化值明顯減小,◆退火溫度的影響(Tm=450℃-525℃),1.不同退火溫度下的薄膜均具有較飽和的電滯回線2.525℃剩余極化強度和矩形度是四組實驗中最大的，而且矯頑場也是最小的，電滯回線飽和程度更高,謝謝觀看,,