铁电薄膜与组分梯度铁电薄膜的性能研究

摘要

铁电薄膜由于具有良好的铁电性、压电性、热释电性以及非线性光学等特性，因此它在存储器器件、感应器件、微波器件以及光学器件等领域有着非常巨大的应用前景，铁电薄膜与铁电块体材料相比，有着显著不同的物理性质，这主要是因为对于铁电薄膜而言，应力效应、尺寸效应、退极化场效应以及表面效应等因素对铁电薄膜性能有很大的影响。
　　组份梯度铁电薄膜是功能梯度铁电薄膜的一种，组分梯度薄膜不止具有单一组分的铁电薄膜优越的性能，它还具有功能梯度薄膜的一些独特的优良的特性。与单一组分的铁电薄膜相比，组分梯度薄膜具有一些显著不同的性质，这些性质包括极化梯度、电荷偏移、以及巨热电系数等，对出现这些性质的起因的探讨构成了目前功能梯度薄膜研究领域的重点。
　　因此，本论文在朗道德文希尔理论的框架内对铁电薄膜以及组分梯度铁电薄膜的性能进行研究，对铁电薄膜性能的研究包括分析了铁电薄膜自由能的组成，应用与时间有关的金茨堡-朗道方程建立了铁电薄膜的自由能模型，采用有限差分法对铁电薄膜的性能进行了模拟，讨论了无外电场时铁电薄膜的自发极化随应力、外推长度以及温度变化的关系，模拟了不同厚度和不同应力状态下铁电薄膜的电滞回线，分析和讨论了尺寸效应和退极化效应对矫顽场和剩余极化的影响。
　　对组分梯度铁电薄膜性能的研究包括分析了组分梯度薄膜自由能的组成，以及应用与时间有关的金茨堡-朗道方程建立了梯度铁电薄膜的自由能模型，采用与有限差分方法对组分梯度铁电薄膜的性能进行了模拟，讨论了组分梯度以及温度对极化梯度的影响，应用一维的Possion方程求解组分梯度铁电薄膜的电荷偏移量和有效热电系数，讨论了电荷偏移量和有效热电系数随温度变化的关系。

目录

铁电薄膜与组分梯度铁电薄膜的性能研究

Research of the Performances of Ferroelectric Film and Compositional-graded Film

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外的研究现状综述

1.2.1 铁电体的研究现状

1.2.2 铁电薄膜的研究现状及应用

1.2.3 功能梯度薄膜的研究现状和应用

1.3 课题研究的主要内容

第2章 铁电体的相关概念以及热力学理论

2.1 引言

2.2 典型铁电体的晶体结构

2.3 铁电材料的铁电性

2.3.1 电滞回线出现的原理

2.3.2 电滞回线的实验测量

2.4 铁电材料的热释电性

2.4.1 铁电晶体的热释电性

2.4.2 铁电材料的热释电系数的实验测量

2.5 研究铁电物理的热力学理论

2.5.1 铁电热力学理论的发展

2.5.2 德文希尔理论

2.5.3 一级铁电相变

2.6 本章小结

第3章 PbTiO3铁电薄膜的性能研究

3.1 引言

3.2 铁电材料的热力学自由能

3.3 铁电薄膜的一维模型的建立

3.4 自由能的变分分析

3.5 Ginzburg-Landau方程的数值解

3.6 无外电场时铁电薄膜的性能研究

3.7 对铁电薄膜电滞回线的研究

3.8 本章小结

第4章 BaxSr1-xTiO3组分梯度铁电薄膜的性能研究

4.1 引言

4.2 组分梯度铁电薄膜的热力学自由能

4.3 自由能的变分分析以及与时间有关的金茨堡朗道方程

4.4 组分梯度铁电薄膜的性能研究

4.5 本章小结

结论

参考文献

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致谢