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電路中靜態(tài)疇結構及其形成原因

2電路中靜態(tài)疇結構及其形成原因

鐵電晶體在沒有外電場和外力作用下從順電相過渡到鐵電相時，將出現(xiàn)至少兩個等價的自發(fā)極化方向，以便使晶體的總自由能最小。因此，晶體在鐵電相通常是由自發(fā)極化方向不同的一個一個小區(qū)域組成。每一個極化方向相同的小區(qū)域稱為鐵電疇，分離電疇的邊界稱為疇壁。Domainwall

3影響疇結構的因素對于實際觀察到的疇結構，將受到晶體對稱性、電導率、結構缺陷、自發(fā)極化強度、彈性常數(shù)和介電常數(shù)的大小，以及晶體的制備歷史和樣品的幾何形狀等等因素的影響。

4靜態(tài)疇結構的形成式中WE是靜電能密度；WS是彈性能密度；WW是疇壁能密度。式中忽略了高于四階的冪次項。鐵電晶體中的靜態(tài)疇結構是由其總自由能最小決定。通常，在晶體的鐵電相中自由能的表示式可寫為，

5如果晶體中不出現(xiàn)電疇，自然就不存在疇壁能，但此時靜電能和彈性能都比較大，從而使總能量較大。當出現(xiàn)電疇后，雖然增加了疇壁能，但靜電能和彈性能減小了，使總能量減小。若電疇太多，疇壁能又會大大增加，使總能量增加。因此鐵電體中只會形成一定數(shù)量的電疇，以使靜電能、彈性能和疇壁能具有適當值，從而使整個晶體的自由能最小，晶體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

6靜電能亦即是退極化場能。當鐵電晶體通過居里點產生自發(fā)極化時，相應地在晶體表面和局部缺陷處產生極化電荷，此電荷就在鐵電體中建立一個退極化場Ed,應變x以及相變熱。設相變時自發(fā)極化的突變?yōu)椋瑒t退極化場為：

7因此Ed與Ps反向，它是極化不穩(wěn)定，相應的退極化能密度為：式中的L是退極化因子，0<L<1,它取決于樣品的形狀和極化的取向。

8Cij是彈性剛度分量。應變包括電致伸縮應變和壓電應變兩部分：相應的應變能密度為

9

S為熵的變化。單位體積的相變熱為：相變熱為：C是居里-外斯常量。

10一級相變的特征之一是兩相共存。新相的成長過程就是相界移動的過程。令相界移動速率為VB。新相中電疇的圖像與VB以及電導率和熱導率有關。降低退極化有兩個途徑。一是形成180

度疇，二是載流子定向移動以屏蔽自發(fā)極化?？紤]圖5.2所式的疇結構模型。設樣品的厚度為t,體積為V，電疇寬度為d。

11圖5.2周期性180

疇結構厚度為t,體積為V，電疇寬度為d。厚度t遠大于d，退極化能為：

12式中的（

x）和（

x）分別為x方向和z方向的相對電容率。

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