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(qiáng)的交變電場作用下，鐵電體的極化強(qiáng)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(jì)描點(diǎn)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?yàn)镃x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?yàn)闃悠返挠行娣eA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(qiáng)度P）成正比。,水平致偏電極則接到電位器W的滑動接點(diǎn)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(qiáng)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(jìn)行改進(jìn)，一般有兩種改進(jìn)方法：物理補(bǔ)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(bǔ)償（即利用計(jì)算機(jī)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(bǔ)償法對測得的電滯回線進(jìn)行修正，們在飽和極化區(qū)間內(nèi)連續(xù)取k個點(diǎn)，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(diǎn)成線性關(guān)系同時根據(jù)公式，調(diào)整C1和R1使S達(dá)到最小。,補(bǔ)償前后的電滯回線譜圖,實(shí)驗(yàn)步驟,1.檢查儀器連線、檔位是否正確，準(zhǔn)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(dāng)?shù)脑O(shè)置開始測量。4.記錄實(shí)驗(yàn)條件，保存測量數(shù)據(jù)。,電滯回線示意圖,剩余極化強(qiáng)度Pr(OD)——E=0，自發(fā)極化強(qiáng)度的剩余部分（對整個晶體而言）。飽和極化強(qiáng)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(qiáng)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(xué)性能研究◆預(yù)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(yù)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(qiáng)度和矩形度是四組實(shí)驗(yàn)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,,