界面效應(yīng)對(duì)電荷疇鐵電薄膜性能影響的相場(chǎng)模擬.pdf

1、疇結(jié)構(gòu)以及疇在外場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)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(duì)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(jī)理并進(jìn)而對(duì)其進(jìn)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(duì)壓電性能有很大的影響，因此系統(tǒng)地研究電荷疇在外場(chǎng)下的演化及其對(duì)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(kāi)展界面對(duì)電荷疇的影響進(jìn)而對(duì)薄膜鐵電性能影響的研究顯得非常必要，這有助于推動(dòng)鐵電薄膜在器件中的應(yīng)

2、用。本文通過(guò)修正基于金茲堡—朗道(TDGL)方程的相場(chǎng)方法，研究了不同外加電場(chǎng)和應(yīng)變條件下，電荷疇對(duì)鐵電薄膜鐵電性能的影響；從界面電場(chǎng)、界面應(yīng)變兩個(gè)角度研究了界面對(duì)電荷疇結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)而分析這些因素對(duì)電荷疇薄膜鐵電性能的影響。主要研究?jī)?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(bǔ)償電場(chǎng)，建立了鐵電薄膜的電荷疇相場(chǎng)理論模型，并模擬得到了900電荷疇。同時(shí)研究了在不同電場(chǎng)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(chǎng)的方向相關(guān)：在正x軸電場(chǎng)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(guò)程；而在負(fù)x軸電場(chǎng)作用下，電荷疇的翻轉(zhuǎn)過(guò)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(chǎng)方向與內(nèi)建電場(chǎng)方向一致)的正負(fù)電場(chǎng)電場(chǎng)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(guò)程。
　　2．采用相場(chǎng)方法，研究了

4、電荷疇對(duì)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(chǎng)和剩余極化隨外加電場(chǎng)頻率的增加而增加，同時(shí)電滯回線呈現(xiàn)出不對(duì)稱現(xiàn)象，其矯頑場(chǎng)和剩余極化強(qiáng)度值都比非電荷疇薄膜的值要小，并對(duì)電場(chǎng)頻率具有較高的依賴性；矯頑場(chǎng)、剩余極化隨外加交變電場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增大；在相同的交變電場(chǎng)強(qiáng)度下電荷疇薄膜的矯頑場(chǎng)和剩余極化強(qiáng)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(duì)稱現(xiàn)象越明顯。
　　3．采用相場(chǎng)理論，分別從界面電場(chǎng)和界面應(yīng)變兩個(gè)