應(yīng)變松弛下鐵電薄膜尺寸效應(yīng)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(yīng)用于微電子領(lǐng)域，成為制作非易失存儲器、場效應(yīng)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(yīng)很強，研究鐵電薄膜材料的尺寸效應(yīng)具有實際的理論和應(yīng)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(yīng)變模型考慮薄膜內(nèi)應(yīng)變松弛，同時還結(jié)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(yīng)等機電耦

2、合邊界條件，應(yīng)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(shè)分析求解了順電相向鐵電相轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(guān)系。結(jié)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(yīng)不明顯。機電耦合邊界條件是影響鐵電薄膜性能尺寸效應(yīng)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(yīng)主導(dǎo)薄膜鐵電性的尺寸效應(yīng)，而薄膜厚度較大時，薄膜內(nèi)應(yīng)變松弛效應(yīng)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(yīng)變松弛效應(yīng)，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(yīng)變區(qū)會出現(xiàn)穩(wěn)定的c相。
　　 對薄膜尺寸效應(yīng)的分析具有實際指導(dǎo)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