关于铁电材料的发展历史和现状(2)
作者:佚名; 更新时间:2013-10-16
在理论研究方面,Mnller首先将热力学理论应用于铁电体。V L Ginsburg将郎道(Landau)相变理论应用于KH2P0型铁电体,并迈出了将这一理论应用于更一般情况的第一步。德文希尔(Devonshire)将其进行完善,发展为今天仍行之有效的郎道一德文希尔理论。
1.3钙钛矿时期一铁电软模理论
BaTi0铁电性的发现主要源于战争期间对电子元器件(尤其是电容器)的研究。众所周知,金红石具有高介电常数(£100),当时有几个实验室试图将TiO与其他氧化物(特别是碱土金属氧化物)共烧制备高介电常数陶瓷。有四个国家独立地发现了BaTiO3的铁电性:
(1)美国1941年报道了通过烧结TiO2和BaO制备的陶瓷具有高介电常数。经测试介电常数高达1l00。
(2)英国1942年就发现了碱土金属钛酸盐具有高介电常数。由于战争时期保密限制使得发表时间推迟至1945年。而且在最初的出版物中并没有提及铁电性。
(3)俄国报道了BaTi0,的反常介电行为。虽然研究者意识到这是铁电现象,但是他们最初猜测反常行为是由高介电介质中的介电击穿引起的。不过,
他们很快明白发现了一种新的铁电体,并找出了居里一外斯定律,测定了电滞回线。
(4)日本也发现了BaTi0,的反常介电行为。日本从战前到二战期间一直进行着罗息盐的研究。BaTiO,是第一种不含氢且不溶于水的铁电体。此后,陆续发现了其他钙钛矿铁电体,例如KNb0,和KTa03 fMatthias,1949年),LiNbO3和LiTa03(Matthias和Remeika,1949年),PbTi03(Shirane、Hoshima和Suzuki,1950年)。至20世纪50年代末,大约有100种化合物被发现具有铁电性。截至199O年,已知的铁电体约为250种。
1958年11月在莫斯科召开的苏联第二届电介质会议上Anderson提出了软模理论,而Cochran则独立地进行了更详细的研究。Barker和Tinkham运用红外光谱以及随后的C0wlev利用非弹性中子散射进行了实验验证。截至1970年.关于铁电相变晶格动力学的主要思想已经阐明。
1.4铁电薄膜及器件时期一小型化
虽然二战时BaTiO就已经用于器件中.且随后铁电材料被广泛应用于生产多种器件,但是,90年代以前并没有器件真正用到铁电材料的铁电性,而是利用铁电材料的其他性质.主要是压电性和热释电性。80年代中期薄膜制备技术取得了突破性进展,基本扫清了制备高质量铁电薄膜的技术障碍。由于铁电薄膜具有介电性、压电性、热释电性、铁电性以及电光效应、声光效应、光折变效应和非线性光学效应等重要特性,人们单独利用其中某一性质或综合利用多种特性研制出了众多的铁电薄膜器件(见表2)。
随着整机和系统向着小型化、轻量化方向发展,微电子、光电子、微电子机械等对铁电材料提出了小型化、薄膜化、集成化等要求。在此背景下,铁电材料与工艺和传统的半导体材料与工艺相结合而形成了一门新兴的交叉学科一集成铁电学。同时,铁电材料及器件的研究发生了两个重要的转变:一是由单晶器件向薄膜器件发展:二是由分立器件向集成化器件发展。
2结语
目前铁电材料及器件的研究还面临着诸多问题。例如,薄膜化引起的界面问题,小型化带来的尺寸效应和加工、表征问题.集成化导致的兼容性问题等等。同时,与铁电材料及器件相关的新原理、新方法、新效应、新应用还有待深入研究和开发。
1.3钙钛矿时期一铁电软模理论
BaTi0铁电性的发现主要源于战争期间对电子元器件(尤其是电容器)的研究。众所周知,金红石具有高介电常数(£100),当时有几个实验室试图将TiO与其他氧化物(特别是碱土金属氧化物)共烧制备高介电常数陶瓷。有四个国家独立地发现了BaTiO3的铁电性:
(1)美国1941年报道了通过烧结TiO2和BaO制备的陶瓷具有高介电常数。经测试介电常数高达1l00。
(2)英国1942年就发现了碱土金属钛酸盐具有高介电常数。由于战争时期保密限制使得发表时间推迟至1945年。而且在最初的出版物中并没有提及铁电性。
(3)俄国报道了BaTi0,的反常介电行为。虽然研究者意识到这是铁电现象,但是他们最初猜测反常行为是由高介电介质中的介电击穿引起的。不过,
他们很快明白发现了一种新的铁电体,并找出了居里一外斯定律,测定了电滞回线。
(4)日本也发现了BaTi0,的反常介电行为。日本从战前到二战期间一直进行着罗息盐的研究。BaTiO,是第一种不含氢且不溶于水的铁电体。此后,陆续发现了其他钙钛矿铁电体,例如KNb0,和KTa03 fMatthias,1949年),LiNbO3和LiTa03(Matthias和Remeika,1949年),PbTi03(Shirane、Hoshima和Suzuki,1950年)。至20世纪50年代末,大约有100种化合物被发现具有铁电性。截至199O年,已知的铁电体约为250种。
1958年11月在莫斯科召开的苏联第二届电介质会议上Anderson提出了软模理论,而Cochran则独立地进行了更详细的研究。Barker和Tinkham运用红外光谱以及随后的C0wlev利用非弹性中子散射进行了实验验证。截至1970年.关于铁电相变晶格动力学的主要思想已经阐明。
1.4铁电薄膜及器件时期一小型化
虽然二战时BaTiO就已经用于器件中.且随后铁电材料被广泛应用于生产多种器件,但是,90年代以前并没有器件真正用到铁电材料的铁电性,而是利用铁电材料的其他性质.主要是压电性和热释电性。80年代中期薄膜制备技术取得了突破性进展,基本扫清了制备高质量铁电薄膜的技术障碍。由于铁电薄膜具有介电性、压电性、热释电性、铁电性以及电光效应、声光效应、光折变效应和非线性光学效应等重要特性,人们单独利用其中某一性质或综合利用多种特性研制出了众多的铁电薄膜器件(见表2)。
随着整机和系统向着小型化、轻量化方向发展,微电子、光电子、微电子机械等对铁电材料提出了小型化、薄膜化、集成化等要求。在此背景下,铁电材料与工艺和传统的半导体材料与工艺相结合而形成了一门新兴的交叉学科一集成铁电学。同时,铁电材料及器件的研究发生了两个重要的转变:一是由单晶器件向薄膜器件发展:二是由分立器件向集成化器件发展。
2结语
目前铁电材料及器件的研究还面临着诸多问题。例如,薄膜化引起的界面问题,小型化带来的尺寸效应和加工、表征问题.集成化导致的兼容性问题等等。同时,与铁电材料及器件相关的新原理、新方法、新效应、新应用还有待深入研究和开发。
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