應變松弛下鐵電薄膜尺寸效應的相場模擬.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，被越來越多的應用于微電子領域，成為制作非易失存儲器、場效應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，此時薄膜的尺寸效應很強，研究鐵電薄膜材料的尺寸效應具有實際的理論和應用意義。
　　 本文基于金茨堡-朗道-德文希爾(GLD)唯象理論框架，利用等效應變模型考慮薄膜內(nèi)應變松弛，同時還結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等機電耦

2、合邊界條件，應用相場法建立了金茨堡-朗道-德文希爾時間發(fā)展方程。通過線性假設分析求解了順電相向鐵電相轉變初始階段居里溫度隨薄膜厚度的變化，并通過有限差分法數(shù)值求解了鐵電薄膜的相變溫度，鐵電性，相結構類型與穩(wěn)定性與薄膜厚度，機電耦合邊界條件等的依賴關系。結果顯示，鐵電薄膜在尺寸較小時，機電耦合邊界條件作用明顯，而尺寸較大時，薄膜性能接近于塊體材料，機電耦合邊界條件影響較小，即尺寸效應不明顯。機電耦合邊界條件是影響鐵電薄膜性能尺寸效應的主要

3、因素，而各個因素之間的相互競爭決定了薄膜的最終性能。通過分析發(fā)現(xiàn)，當薄膜厚度較小時，薄膜表面極化改變和電極引起的退極化效應主導薄膜鐵電性的尺寸效應，而薄膜厚度較大時，薄膜內(nèi)應變松弛效應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)存在應變松弛效應，在溫度不是很高時，首次得到了較厚單疇鐵電薄膜在高拉應變區(qū)會出現(xiàn)穩(wěn)定的c相。
　　 對薄膜尺寸效應的分析具有實際指導意義。在實際的制備過程中，選擇合適的基底可以得到性能最佳的鐵