應(yīng)變松弛下鐵電薄膜尺寸效應(yīng)的相場(chǎng)模擬.pdf

1、鈣鈦礦型鐵電薄膜材料具有鐵電性、熱電性、光電性、光折變性等多種性能，被越來(lái)越多的應(yīng)用于微電子領(lǐng)域，成為制作非易失存儲(chǔ)器、場(chǎng)效應(yīng)管和熱電傳感器等的主要材料。但鐵電薄膜厚度一般在微米以下，此時(shí)薄膜的尺寸效應(yīng)很強(qiáng)，研究鐵電薄膜材料的尺寸效應(yīng)具有實(shí)際的理論和應(yīng)用意義。
　　 本文基于金茨堡-朗道-德文希爾(GLD)唯象理論框架，利用等效應(yīng)變模型考慮薄膜內(nèi)應(yīng)變松弛，同時(shí)還結(jié)合薄膜表面晶格變化引起的極化改變和表面電荷引起的退極化效應(yīng)等機(jī)電耦

2、合邊界條件，應(yīng)用相場(chǎng)法建立了金茨堡-朗道-德文希爾時(shí)間發(fā)展方程。通過(guò)線性假設(shè)分析求解了順電相向鐵電相轉(zhuǎn)變初始階段居里溫度隨薄膜厚度的變化，并通過(guò)有限差分法數(shù)值求解了鐵電薄膜的相變溫度，鐵電性，相結(jié)構(gòu)類(lèi)型與穩(wěn)定性與薄膜厚度，機(jī)電耦合邊界條件等的依賴關(guān)系。結(jié)果顯示，鐵電薄膜在尺寸較小時(shí)，機(jī)電耦合邊界條件作用明顯，而尺寸較大時(shí)，薄膜性能接近于塊體材料，機(jī)電耦合邊界條件影響較小，即尺寸效應(yīng)不明顯。機(jī)電耦合邊界條件是影響鐵電薄膜性能尺寸效應(yīng)的主要

3、因素，而各個(gè)因素之間的相互競(jìng)爭(zhēng)決定了薄膜的最終性能。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)薄膜厚度較小時(shí)，薄膜表面極化改變和電極引起的退極化效應(yīng)主導(dǎo)薄膜鐵電性的尺寸效應(yīng)，而薄膜厚度較大時(shí)，薄膜內(nèi)應(yīng)變松弛效應(yīng)是鐵電薄膜鐵電性趨于塊體材料鐵電性的主要因素。由于薄膜內(nèi)存在應(yīng)變松弛效應(yīng)，在溫度不是很高時(shí)，首次得到了較厚單疇鐵電薄膜在高拉應(yīng)變區(qū)會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定的c相。
　　 對(duì)薄膜尺寸效應(yīng)的分析具有實(shí)際指導(dǎo)意義。在實(shí)際的制備過(guò)程中，選擇合適的基底可以得到性能最佳的鐵