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铁电材料的发展

日期:2021-01-13浏览:261次

  铁电体早在 20世纪 40年代就引起物理学界和材料学界的关注 , 但由于大块铁电晶体材料不易薄膜化,与半导体和金属不相兼容 ,使其未能在材料和信息领域扮演重要角色。随着薄膜制备技术的发展,克服了制备高质量铁电薄膜的技术障碍 ,特别是能在不同衬底材料上沉积高质量的外延或择优取向的薄膜,使铁电薄膜技术和半导体技术的兼容成为可能 。由于人工铁电材料种类的不断扩大,特别是铁电薄膜制备技术和微电子集成技术的长足发展, 以及光电子和传感器等相关技术的发展 , 也对铁电材料提出了小型化 、集成化等更高的要求。
 
  正是在这样的研究背景下, 传统的半导体材料和陶瓷材料结合而形成新的交叉学科 —集成铁电学 (IntegratedFerroelectrics)出现了, 并由此使铁电材料及其热释电器件的研究和开发呈现 2个特点 :①是由体材料组成的器件向薄膜器件过渡;②是由分立器件向集成化器件发展。正是在这种集成化器件中铁电薄膜已经成为硅或砷化镓集成电路的重要组成部分。并且集成铁电学已经成为铁电学研究中活跃的领域 ,如集成铁电电子器件, 基于铁电薄膜的集成光电子学器件 、集成光学器件 、红外探测器、集成光波导和开关以及铁电薄膜超晶格的研究应用等已取得了很大进展。铁电薄膜材料还被广泛用于非易失性存储器、动感随机存储器 、薄膜电容器、红外探测器、介电热辐射测量计 、相存储器和光学传感器等等。复合成的集成器件或微小器件广泛地应用于军事、航空航天、原子核工业和其它辐射环境中使用的新一代计算机等很多领域。
 
  在过去近几十年的时间里 ,铁电薄膜的制备技术发展很快 ,应用广泛的有溅射法、溶胶 -凝胶法、激光分子束外延法、脉冲激光沉积法。从化学气相沉积法到磁控或射频溅射沉积法和溶胶 -凝胶法都为制备性能好的铁电薄膜做了深入的探索 。其中溶胶 -凝胶法因设备简单 、成分易控制而倍受重视 。现在, 用这种方法已制备出了 PZT[ Pb(Zr, Ti)O3 ] 、PZT(PbZrTiO3 )、BST[ (Ba, Sr)TiO3 ] 、PLZT[ (Pb, La)(Zr, Ti)O3 ] 和 PST[ Pb(Sc, Ta)O3 ]等多种薄膜,其中很多具有良好的介电性及热释电性。

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