界面效應(yīng)對電荷疇鐵電薄膜性能影響的相場模擬.pdf

1、疇結(jié)構(gòu)以及疇在外場作用下的運動與鐵電薄膜的性能如壓電和鐵電性能等密切相關(guān)，研究疇變對鐵電薄膜性能的影響有助于我們理解鐵電薄膜性能產(chǎn)生的機理并進而對其進行宏觀調(diào)控。研究表明鐵電薄膜中存在電荷疇結(jié)構(gòu)且該疇結(jié)構(gòu)對壓電性能有很大的影響，因此系統(tǒng)地研究電荷疇在外場下的演化及其對鐵電薄膜性能的影響是非常重要的。另外，薄膜界面通常存在界面電荷和界面態(tài)，所以開展界面對電荷疇的影響進而對薄膜鐵電性能影響的研究顯得非常必要，這有助于推動鐵電薄膜在器件中的應(yīng)

2、用。本文通過修正基于金茲堡—朗道(TDGL)方程的相場方法，研究了不同外加電場和應(yīng)變條件下，電荷疇對鐵電薄膜鐵電性能的影響；從界面電場、界面應(yīng)變兩個角度研究了界面對電荷疇結(jié)構(gòu)的影響，進而分析這些因素對電荷疇薄膜鐵電性能的影響。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下：
　　1．考慮系統(tǒng)內(nèi)部缺陷、雜質(zhì)等因素產(chǎn)生的非均勻分布補償電場，建立了鐵電薄膜的電荷疇相場理論模型，并模擬得到了900電荷疇。同時研究了在不同電場下電荷疇的翻轉(zhuǎn)。結(jié)果表明電荷疇的翻轉(zhuǎn)與

3、外加電場的方向相關(guān)：在正x軸電場作用下，電荷疇的翻轉(zhuǎn)經(jīng)歷了首先由頭頭或尾尾相接的疇結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)為頭尾相接的疇結(jié)構(gòu)，然后再翻轉(zhuǎn)為頭頭或尾尾相接的疇結(jié)構(gòu)，最后到單疇的過程；而在負x軸電場作用下，電荷疇的翻轉(zhuǎn)過程則為頭頭或尾尾相接的疇結(jié)構(gòu)直接翻轉(zhuǎn)為單疇結(jié)構(gòu)；在y=-x方向(即電場方向與內(nèi)建電場方向一致)的正負電場電場作用下，電荷疇翻轉(zhuǎn)方式相同，都為由頭頭或尾尾相接的疇結(jié)構(gòu)先翻轉(zhuǎn)為頭尾相接的疇結(jié)構(gòu)再到單疇的過程。
　　2．采用相場方法，研究了

4、電荷疇對薄膜鐵電性能的影響。結(jié)果表明：在電荷疇系統(tǒng)中，矯頑場和剩余極化隨外加電場頻率的增加而增加，同時電滯回線呈現(xiàn)出不對稱現(xiàn)象，其矯頑場和剩余極化強度值都比非電荷疇薄膜的值要小，并對電場頻率具有較高的依賴性；矯頑場、剩余極化隨外加交變電場強度的增加而增大；在相同的交變電場強度下電荷疇薄膜的矯頑場和剩余極化強度值比非電荷疇薄膜的要小；隨著電荷密度的增加，電滯回線的不對稱現(xiàn)象越明顯。
　　3．采用相場理論，分別從界面電場和界面應(yīng)變兩個