外延鈣鈦礦薄膜中鐵電相變的唯象理論研究.pdf

1、鐵電薄膜由于具有優(yōu)良的介電性、壓電性、鐵電性和熱釋電性及其在微電子和光電子中的潛在應(yīng)用，已經(jīng)引起人們廣泛的研究興趣。外延應(yīng)變對鈣鈦礦鐵電薄膜的結(jié)構(gòu)相變、相關(guān)性能如介電和壓電響應(yīng)有顯著的影響。本論文利用朗道-金茲堡-德文希爾理論對外延鈣鈦礦薄膜中鐵電相變及其物理性質(zhì)進(jìn)行了研究。
　　 主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 1. 對于外延生長在立方襯底上的KNbO3 薄膜，等方雙軸錯配應(yīng)變導(dǎo)致四方順電相，鐵電四方c 相，鐵電正交a

2、a 相，和鐵電單斜r的出現(xiàn)。然而，體材料KNbO3 只存在立方順電相，鐵電四方相，鐵電正交相和鐵電菱方相。KNbO3 薄膜中的相變都是二級的，而體材料KNbO3中的相變都是一級相變。無論張應(yīng)變還是壓應(yīng)變都提高了鐵電相變的居里溫度。介電常數(shù)ε11和ε33分別在c-r和r-aa相變點(diǎn)趨于無窮大。
　　 2. 對于外延生長在正交襯底上的KNbO3 薄膜。各向異性錯配應(yīng)變會導(dǎo)致正交相（a1, a2）和單斜相（a1c, a2c）的出現(xiàn)。值

3、得注意的是，這些相是在外延生長在立方襯底上的薄膜中沒有出現(xiàn)的。各向異性錯配應(yīng)變使薄膜中的順電相的對稱性從四方降低到正交。因此，鐵電相的對稱性也被降低了。錯配應(yīng)變的各向異性導(dǎo)致等方雙軸錯配應(yīng)變下形成的正交aa 相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕郺1a2（自發(fā)極化從單胞的平面內(nèi)面對角線偏轉(zhuǎn)），單斜相轉(zhuǎn)r 變?yōu)槿毕啵ㄗ园l(fā)極化從單胞的（110）面偏轉(zhuǎn)）。錯配應(yīng)變的各向異性也導(dǎo)致介電性質(zhì)的各向異性。
　　 3. 切應(yīng)變抑制了自發(fā)極化沿單胞[100]方向的正