專利名稱：一種絕緣/漏電鐵電薄膜電疇反轉(zhuǎn)電流測(cè)量與轉(zhuǎn)換為電滯回線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固態(tài)電介質(zhì)性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種絕緣/漏電鐵電薄膜電疇反轉(zhuǎn)電流測(cè)量與轉(zhuǎn)換為電滯回線的方法。
背景技術(shù)：
測(cè)量電疇在外加電場(chǎng)下的反向成核和生長(zhǎng)速度的最常用方法，是通過(guò)施加一個(gè)上升沿極短( 0.2 — 5ns)的電壓方脈沖到鐵電薄膜上去，然后通過(guò)示波器觀察與之串連電阻(RJ上電壓(八)隨時(shí)間(t)的變化，從而計(jì)算出電疇運(yùn)動(dòng)電流(Isw)隨時(shí)間變化。這種電流隨時(shí)間的變化會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)峰值，通過(guò)峰位的測(cè)量可以評(píng)估電疇的翻轉(zhuǎn)時(shí)間，即鐵電存儲(chǔ)器、壓電器件、熱釋電器件等在電場(chǎng)激勵(lì)下的響應(yīng)時(shí)間；或者通過(guò)電流對(duì)時(shí)間的積分，計(jì)算出可翻轉(zhuǎn)電疇的極化強(qiáng)度Psw隨時(shí)間的變化，然后運(yùn)用Kolm0g0r0v-Avramy-Ishibashi(KAI)模型對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，計(jì)算出電疇的翻轉(zhuǎn)時(shí)間tQ。人們對(duì)鐵電理論的理解存在著誤區(qū)，因?yàn)?1)電疇翻轉(zhuǎn)電流隨時(shí)間的變化呈現(xiàn)了一個(gè)臺(tái)階，而不是一個(gè)峰值；(2)在電疇翻轉(zhuǎn)瞬間，鐵電薄膜上電壓降等于電疇翻轉(zhuǎn)的矯頑電壓V。，并不等于外加電壓V; (3)在電疇翻轉(zhuǎn)的同時(shí)，串連電阻上電壓降等于V-V。，因此ISW=(V-V。)/Rt; (4) 電疇翻轉(zhuǎn)的時(shí)間、除了受到V的大小影響外，還要取決于電路中的串聯(lián)電阻&、矯頑電壓 V。以及鐵電電容器的面積S，它們之間的關(guān)系有、=2PJIV(V-V。)匕其中已為剩余極化強(qiáng)度；(5)如果測(cè)量電路中的RC時(shí)間小到和電脈沖上升沿時(shí)間仁相比擬時(shí)(小鐵電電容)， 則仁也會(huì)嚴(yán)重影響翻轉(zhuǎn)電流的峰位，即、。這些試驗(yàn)結(jié)果都反映了現(xiàn)有測(cè)量方法的局限性， 限制或誤導(dǎo)了現(xiàn)有鐵電理論的發(fā)展。研究電疇反轉(zhuǎn)的動(dòng)力學(xué)機(jī)制的較為準(zhǔn)確的評(píng)估方法應(yīng)該采用電疇翻轉(zhuǎn)電流密度Jsw和電疇翻轉(zhuǎn)矯頑場(chǎng)E。的關(guān)系，而不是采用傳統(tǒng)的‘-V依賴關(guān)系。其中，Jsw可以由電路中負(fù)載電阻&進(jìn)行調(diào)節(jié)，V。(=V-VJ也隨之發(fā)生變化?，F(xiàn)有商業(yè)設(shè)備都不具備以上測(cè)試功能。因此，發(fā)展一種能夠表征漏電薄膜的自發(fā)極化強(qiáng)度和電疇運(yùn)動(dòng)速度的正確測(cè)量方法的鐵電測(cè)試儀，無(wú)論對(duì)于理論研究還是實(shí)際應(yīng)用都具有積極意義。本發(fā)明采用了脈沖測(cè)量技術(shù)，可以將電疇反轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)的電滯回線，并且測(cè)量時(shí)間和電疇翻轉(zhuǎn)時(shí)間相比擬，極大地消除樣品或電路中各種與時(shí)間機(jī)制有關(guān)的雜散效應(yīng)的影響，以現(xiàn)有商業(yè)設(shè)備所無(wú)法達(dá)到的最快測(cè)試頻率表征絕緣或漏電薄膜的鐵電性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種脈沖電壓作用下絕緣/漏電鐵電薄膜的電疇反轉(zhuǎn)電流測(cè)量與轉(zhuǎn)化為電滯回線的方法，以便于對(duì)漏電鐵電薄膜的鐵電性能進(jìn)行研究。本發(fā)明提出的絕緣/漏電鐵電薄膜的電疇反轉(zhuǎn)電流測(cè)量轉(zhuǎn)化為電滯回線的方法， 可分為下述2種
1、絕緣鐵電薄膜電疇反轉(zhuǎn)電流測(cè)量與轉(zhuǎn)換為電滯回線，具體步驟如下 (1)將待測(cè)鐵電薄膜與信號(hào)發(fā)生器和示波器、標(biāo)準(zhǔn)電阻組成的測(cè)試電路串聯(lián)(所謂標(biāo)準(zhǔn)電阻的大小是任意的，可根據(jù)測(cè)試樣品的不同而選取，其連接方式可為與示波器串聯(lián)或并聯(lián))，利用脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)雙極性電壓脈沖(脈沖寬度與幅值相等但極性相反的兩個(gè)連續(xù)脈沖)，由示波器記錄測(cè)試過(guò)程中電路總電阻艮兩端的電壓Vk(t)隨時(shí)間的變化。 (2)由于電路總電阻Rt已知(等于示波器和信號(hào)發(fā)生器內(nèi)阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻組成的電路總電阻)，通過(guò)示波器的電流即為電疇反轉(zhuǎn)電流，即Isw(t)=VK(t)/Rt，將電疇反轉(zhuǎn)電流對(duì)時(shí)間積分，即得到對(duì)應(yīng)該時(shí)刻的極化強(qiáng)度的大小
權(quán)利要求
1. 一種絕緣/漏電鐵電薄膜電疇反轉(zhuǎn)電流測(cè)量與轉(zhuǎn)換為電滯回線的方法，其特征在于分為下述2種一、絕緣鐵電薄膜電疇反轉(zhuǎn)電流測(cè)量與轉(zhuǎn)換為電滯回線的具體步驟如下(1)將待測(cè)鐵電薄膜與測(cè)試電路串聯(lián)，該測(cè)試電路由信號(hào)發(fā)生器、示波器和標(biāo)準(zhǔn)電阻組成；利用脈沖信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)雙極性電壓脈沖，由示波器記錄測(cè)試過(guò)程中電路總電阻兩端的電壓Vk(t)隨時(shí)間的變化；(2)電路總電阻Rt等于示波器和信號(hào)發(fā)生器內(nèi)阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻組成的電路總電阻，為已知；通過(guò)示波器的電流即為電疇反轉(zhuǎn)電流，S卩Isw(t)=VK(t)/Rt，電疇反轉(zhuǎn)電流對(duì)時(shí)間積分，即得到對(duì)應(yīng)該時(shí)刻的極化強(qiáng)度的大小
全文摘要
本發(fā)明屬于固態(tài)電介質(zhì)性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種絕緣/漏電鐵電薄膜電疇反轉(zhuǎn)電流測(cè)量與轉(zhuǎn)換為電滯回線的方法。本發(fā)明首先在漏電的鐵電薄膜上施加同極性的不同外加電壓，由示波器記錄并通過(guò)多項(xiàng)式/指數(shù)函數(shù)擬合求得鐵電薄膜的漏電流和施加在鐵電薄膜上的電壓的函數(shù)關(guān)系。而后對(duì)薄膜施加雙極性連續(xù)脈沖，利用漏電流與鐵電薄膜兩端電壓函數(shù)關(guān)系扣除漏電流，得到電疇反轉(zhuǎn)電流曲線。在任意時(shí)刻將電疇反轉(zhuǎn)電流曲線對(duì)時(shí)間積分即得到對(duì)應(yīng)該時(shí)刻鐵電薄膜的極化值，與該時(shí)刻對(duì)應(yīng)鐵電薄膜兩端電壓逐點(diǎn)作圖即得漏電鐵電薄膜的電滯回線。本發(fā)明方法采用標(biāo)準(zhǔn)電阻取代了傳統(tǒng)方法中的參考電容，測(cè)量速度更快，并且可以正確地測(cè)量漏電薄膜的電滯回線。
文檔編號(hào)G01R19/00GK102279308SQ20111020355
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者劉驍兵, 江安全 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)