鐵電薄膜鐵電性能測試及相關(guān)測試設備

一、鐵電性能簡(jiǎn)介：

鐵電體:在一定溫度范圍內存在自發(fā)極化,自發(fā)極化具有兩個(gè)或多個(gè)可能的取向,其取向可能隨電場(chǎng)而轉向.鐵電體并不含“鐵",只是它與鐵磁體具有磁滯回線(xiàn)相類(lèi)似，具有電滯回線(xiàn)，因而稱(chēng)為鐵電體。在某一溫度以上，它為順電相，無(wú)鐵電性，其介電常數服從居里-外斯（Curit-Weiss）定律。

鐵電相與順電相之間的轉變通常稱(chēng)為鐵電相變，該溫度稱(chēng)為居里溫度或居里點(diǎn)Tc。鐵電體即使在沒(méi)有外界電場(chǎng)作用下，內部也會(huì )出現極化，這種極化稱(chēng)為自發(fā)極化。自發(fā)極化的出現是與這一類(lèi)材料的晶體結構有關(guān)的。晶體的對稱(chēng)性可以劃分為32種點(diǎn)群。在無(wú)中心對稱(chēng)的21種晶體類(lèi)型種除432點(diǎn)群外其余20種都有壓電效應，而這20種壓電晶體中又有10種熱釋電現象。熱釋電晶體是具有自發(fā)極化的晶體，但因表面電荷的抵償作用，其極化電矩不能顯示出來(lái)，只有當溫度改變，電矩（即極化強度）發(fā)生變化，才能顯示固有的極化，這可以通過(guò)測量一閉合回路中流動(dòng)的電荷來(lái)觀(guān)測。

熱釋電就是指改變溫度才能顯示電極化的現象，鐵電體又是熱釋電晶體中的一小類(lèi)，其特點(diǎn)就是自發(fā)極化強度可因電場(chǎng)作用而反向，因而極化強度和電場(chǎng)E 之間形成電滯回線(xiàn)是鐵電體的一個(gè)主要特性。自發(fā)極化可用矢量來(lái)描述，自發(fā)極化出現在晶體中造成一個(gè)特殊的方向。晶體中，每個(gè)晶胞中原子的構型使正負電荷重心沿這個(gè)特殊方向發(fā)生相對位移，使電荷正負重心不重合，形成電偶極矩。整個(gè)晶體在該方向上呈現極性，一端為正，一端為負。在其正負端分別有一層正和負的束縛電荷。

束縛電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在晶體內部與極化反向（ 稱(chēng)為退極化場(chǎng)），使靜電能升高，在受機械約束時(shí)，伴隨著(zhù)自發(fā)極化的應變還將使應變能增加，所以均勻極化的狀態(tài)是不穩定的，晶體將分成若干小區域，每個(gè)小區域內部電偶極子沿同一方向，但各個(gè)小區域電偶極子方向不同，這些小區域稱(chēng)為電疇或疇，疇的間界叫疇壁。疇的出現使晶體的靜電能和應變能降低，但疇壁的存在引入了疇壁能?？傋杂赡苋O小值的條件決定了電疇的穩構型。

二、實(shí)驗目的：

1、了解什么是鐵電體，什么是電滯回線(xiàn)。

2、了解鐵薄膜材料的功能和應用前景。

3、使用設備：Huace FE-3000鐵電分析儀

三、實(shí)驗原理

1、鐵電體的特點(diǎn)

（1）電滯回線(xiàn)

推薦使用Huace FE-3000鐵電分析儀，適用于鐵電薄膜、鐵電體材料（既可塊體材料）的電性能測量，可測量鐵電薄膜電滯回線(xiàn)、可地測出具有非對稱(chēng)電滯回線(xiàn)鐵電薄膜的Pr值。

其主要技術(shù)指標：

1.輸出信號電壓：：薄膜：0～±10V 陶瓷、材料：0～±2000V

2.輸出信號頻率：薄膜材料1-1000HZ，陶瓷：0-1Hz

3.電容范圍：1000nf～ 100nf, 精度: ≤1%。

4.電流范圍: 1nA～10A ,精度: ≤1%。

5、測試樣品：0-20mm 5個(gè)

6、高壓樣品池：2個(gè)，一個(gè)封閉式：8CM*6CM 一個(gè)開(kāi)放式：8CM*5CM

7、探針臺：一個(gè)

8、電流：1-10倍放大，信號：1-20倍。.數據結口：USB或BNC接口。

9. 數據采集分析軟件： 能畫(huà)出鐵電薄膜的電滯回線(xiàn)，定量得到鐵電薄膜材料的飽和極化Ps、剩余極化Pr、矯頑場(chǎng)Ec、漏電流等參數;可以進(jìn)行鐵電薄膜材料的鐵電疲勞性能、鐵電保持性能的測試，電阻測量，漏電流測量。

10.可以配合相關(guān)壓電測試儀操作系統

2、實(shí)驗內容

測量鐵電薄膜樣品的電滯回線(xiàn)，畫(huà)出電滯回線(xiàn)及得到鐵電薄膜材料的飽和極化±Ps、剩余極化±Pr、矯頑場(chǎng)±Ec、電容量C等參數。

【實(shí)驗步驟】

1. 準備工作：首先開(kāi)啟計算機，閱讀儀器說(shuō)明書(shū)。

2. 初始化：在低電壓（100V）下運行測量軟件，開(kāi)啟測量?jì)x，并檢查探針位置是否正確。

3. 確定高壓區間V ：調整高電壓和低電壓， 觀(guān)察能出現標準電滯回線(xiàn)的最大和最小的 電壓值，并記錄為Vmax和Vmin，高壓區間為V = Vmax* Vmin。值得注意的是，軟件中輸入的高壓值在本次試驗的試驗儀上通常達不到，因此需要輸入比目標電壓更高 一些的電壓值，電壓值以實(shí)際高壓為準。（備注：高壓區間指的是保持標準電滯回線(xiàn)的zui 低和最高電壓。）

4. 測量電滯回線(xiàn)：在剛剛確定的那個(gè)電壓范圍內，選擇五個(gè)電壓值，間隔為?V /5，分別測量在這五個(gè)電壓值下的電滯回線(xiàn)，并且保留電滯回線(xiàn)測量數據。

5. 拷貝并帶回電滯回線(xiàn)測量數據，以便于后續數據處理使用。

6. 實(shí)驗結束后，先關(guān)閉測量?jì)x，后關(guān)閉計算機。

7. 用電滯回線(xiàn)測量數據，計算相應的數據Pr、Ps、Ec。