電滯回線測量方法

測量電滯回線的方法很多，其中應(yīng)用最廣泛的是 Sawyer-Tower方法，它是一種建立較早，已被大家廣泛接受的非線性器件的測量方法，仍然是用來判斷測試結(jié)果是否可靠的一個對比標(biāo)準(zhǔn)。圖3給出改進(jìn)的 Sawyer-Tower方法的測試原理示意圖，它將待測器件與一個標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)電容C_o串聯(lián)，測量待測樣品上的電壓降(V₂V₁)。其中標(biāo)準(zhǔn)電容C的電容量遠(yuǎn)大于試樣C_x，因此加到示波器x偏向屏上的電壓和加在試樣C₂上的電壓非常接近;而加到示波管y偏向屏上的電壓則與試樣C₃兩端的電荷成正比。因此可以得到鐵電樣品表面電荷隨電壓的變化關(guān)系，分別除以電極面積和樣品厚度即可得到極化強(qiáng)度P與電場強(qiáng)度E之間的關(guān)系曲線。

如圖2所示，一切處于鐵電態(tài)的陶瓷材料都有電滯回線，只是電滯回線的形狀有長短寬窄之分。電滯回線面積通常與鐵電介質(zhì)的損耗成正比，該能量損耗用來克服自發(fā)極化改變方向和克服雜質(zhì)、晶界等缺陷對疇壁運(yùn)動所產(chǎn)生的“摩擦阻力”。因此，對于結(jié)構(gòu)完整的單晶，因介電損耗小而使電滯回線較窄；對于存在缺陷和應(yīng)力復(fù)雜的多晶陶瓷體，則電滯回線較寬。

電滯回線能夠比較直觀的反應(yīng)最大極化強(qiáng)度、剩余極化強(qiáng)度、矯頑電場等值的大小，并且能夠根據(jù)電滯回線積分計算得出該材料的儲能密度。

在外加電場的作用下，鐵電晶體在出現(xiàn)自發(fā)極化時，退極化場和應(yīng)變將會伴隨著極化產(chǎn)生。晶體為保持穩(wěn)定地極化，就會劃分成很多小區(qū)域，各個小區(qū)域里的電偶極子沿相同的方向，但電偶極子在不同小區(qū)域里卻是不同的取向，這些小區(qū)域被稱為電疇，疇的間界稱為疇壁。晶體的應(yīng)變能及靜電能由于電疇的出現(xiàn)而變小，而疇壁能卻因?yàn)楫牨诘拇嬖诙霈F(xiàn)。電疇的穩(wěn)定性由總自由能取極小值來決定，可通過了解電疇結(jié)構(gòu)而更好的理解極化反轉(zhuǎn)的機(jī)理。隨著外加電場的變化，鐵電體的極化強(qiáng)度會發(fā)生相應(yīng)地變化，在外加電場強(qiáng)度較大時，極化強(qiáng)度與電場強(qiáng)度之間的變化規(guī)律呈非線性關(guān)系。在電場的不斷作用下，新疇成核并逐漸長大，疇壁轉(zhuǎn)動，因而出現(xiàn)極化轉(zhuǎn)向。

圖1給出電滯回線的形成原理，在外加很弱的電場時，極化強(qiáng)度與電場呈現(xiàn)線性關(guān)系，而這時可逆的疇壁轉(zhuǎn)動占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著電場強(qiáng)度的增加，引發(fā)新疇成核，造成疇壁運(yùn)動變?yōu)椴豢赡娴摹．?dāng)電場強(qiáng)度增加到一定值的的時候，趨于極化飽和狀態(tài)。此時，若電場強(qiáng)度進(jìn)一步增加，因?yàn)楦袘?yīng)極化的增加，總的極化強(qiáng)度仍然會隨之變大，在圖1中的表示為BC段。反之，若隨著飽和后的電場強(qiáng)度的降低，極化曲線卻不會與增長時的曲線重合，而是表現(xiàn)為圖1中BD段，將繼續(xù)減小。鐵電體在極化強(qiáng)度和外電場的關(guān)系上也存在相似的曲線形態(tài)，因此將鐵電體的這種行為曲線叫做電滯回線。

雙電滯回線，反應(yīng)反鐵電體在強(qiáng)電場作用下，極化強(qiáng)度P與外電場強(qiáng)度E的關(guān)系曲線。是反鐵電體的宏觀特征。對反鐵電體，在開始施加電場時，極化強(qiáng)度隨電場強(qiáng)度呈線性增加，介電系數(shù)幾乎不隨場強(qiáng)而變。但當(dāng)場強(qiáng)增高到臨界電場強(qiáng)度時，極化強(qiáng)度隨電場強(qiáng)度的增加開始呈明顯的非線性變化，電場強(qiáng)度增加到臨界飽和強(qiáng)度時，又接近線性變化。

《電子學(xué)名詞》第一版。 2100433B

1993年，經(jīng)全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定發(fā)布。