材料鐵電性能的測(cè)量

1、材料鐵電性能的測(cè)量第1頁(yè)，共12頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期四 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)裝置 實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)步驟 注意事項(xiàng)第2頁(yè)，共12頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期四 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私忤F電參數(shù)測(cè)試儀的工作原理和使用方法；學(xué)習(xí)用鐵電參數(shù)測(cè)試儀測(cè)量電滯回線(xiàn)第3頁(yè)，共12頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期四 實(shí)驗(yàn)裝置 ZT鐵電材料參數(shù)測(cè)試儀鐵電陶瓷樣品第4頁(yè)，共12頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期四 實(shí)驗(yàn)原理電滯回線(xiàn)是鐵電性的一個(gè)最重要的標(biāo)志。下圖是一個(gè)鐵電材料的典型電滯回線(xiàn)，假定鐵電體在外場(chǎng)為零時(shí)，晶體中的各電疇互相補(bǔ)充，晶體對(duì)外的宏觀(guān)極化強(qiáng)度為零，晶體的狀

2、態(tài)處在圖上的O點(diǎn)。第5頁(yè)，共12頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期四當(dāng)外加電場(chǎng)于鐵電體材料時(shí)，如認(rèn)為所討論的鐵電材料只有彼此成1800的電疇，則鐵電材料中沿電場(chǎng)方向的電疇擴(kuò)大，而逆電場(chǎng)方向的鐵電體的電滯回線(xiàn)電疇減小，即逆電場(chǎng)方向的電疇偶極矩轉(zhuǎn)向電場(chǎng)方向，因而使介質(zhì)的極化強(qiáng)度隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加而迅速地增大(圖中A至B段)，圖中B點(diǎn)相應(yīng)于晶體中全部電疇偶極矩沿電場(chǎng)方向排列，達(dá)到了飽和。進(jìn)一步增加電場(chǎng)，就只有電子的及離子的位移極化效應(yīng)，P一E呈直線(xiàn)關(guān)系，如圖中B至C段。如果減小外電場(chǎng)，晶體的極化強(qiáng)度從C點(diǎn)下降，由于自發(fā)極化偶極距仍大多在原定電場(chǎng)方向、故P一E曲線(xiàn)將沿CD曲線(xiàn)緩慢下降。當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)

3、E降到零時(shí)，極化強(qiáng)度P并不下降為零而仍然保留極化，稱(chēng)Pr(相應(yīng)于圖中OD線(xiàn)段)為剩余極化強(qiáng)度。第6頁(yè)，共12頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期四這里Pr是對(duì)整個(gè)晶體而言的，而線(xiàn)性部分的延長(zhǎng)線(xiàn)與極化軸的截距Ps(相應(yīng)圖中OE線(xiàn)段)表示電疇的自發(fā)極化強(qiáng)度，相當(dāng)于每個(gè)電疇的固有飽和極化強(qiáng)度。要把剩余極化去掉，必須再加反向電場(chǎng)，以達(dá)到晶體中沿電場(chǎng)方向和逆電場(chǎng)方向的電疇偶極矩相等，極化相消，使極化強(qiáng)度重新為零的電場(chǎng)El(相應(yīng)于圖中OF線(xiàn)段)稱(chēng)為矯頑電場(chǎng)。如果反向電場(chǎng)繼續(xù)增加，則所有電疇偶極矩將沿反向定向，達(dá)到飽和(相應(yīng)回中G點(diǎn))。反向場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)一步增加，曲線(xiàn)G至H段與B至C段相似。要是電場(chǎng)再返回正

4、向，P一E曲線(xiàn)便按HGIC返回，完成整個(gè)電滯回線(xiàn)。電場(chǎng)每變化一周，上述循環(huán)發(fā)生一次。描述電滯回線(xiàn)最重要的參數(shù)為自發(fā)極化強(qiáng)度Ps和矯頑場(chǎng)強(qiáng)度Ec。不過(guò)矯頑場(chǎng)強(qiáng)與溫度和頻率有關(guān)，通常溫度增加，矯頑場(chǎng)強(qiáng)下降；頻率增加，矯頑場(chǎng)強(qiáng)增大。第7頁(yè)，共12頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期四 實(shí)驗(yàn)步驟電滯回線(xiàn)的測(cè)量一般采用正弦波、三角波信號(hào)。 精確地測(cè)定Pr值應(yīng)采用間歇三角波信號(hào)。測(cè)量電路原理如下圖所示：第8頁(yè)，共12頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期四 測(cè)量過(guò)程中，根據(jù)鐵電樣品的性能，通過(guò)儀器適當(dāng)選擇取樣電容CO值（例如，0.1 ）及漏導(dǎo)補(bǔ)償，并調(diào)節(jié)信號(hào)頻率使漏導(dǎo)補(bǔ)償處于最佳點(diǎn)從而得到理

5、想的鐵電材料電滯回線(xiàn)。對(duì)于薄膜和陶瓷（體材料），測(cè)量電滯回線(xiàn)的方法基本相同，只是輸入的模擬信號(hào)其幅值與頻率的范圍不同。第9頁(yè)，共12頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期四體材料測(cè)量步驟：儀器與示波器的連接見(jiàn)上圖。注意，其中示波器X軸應(yīng)接高壓探頭（將信號(hào)衰減100倍），示波器Y軸選用普通的示波器探頭。將幅度調(diào)節(jié)旋鈕19逆時(shí)針旋到底，防止接通電源后，信號(hào)強(qiáng)度過(guò)大沖擊儀器。按下薄膜/陶瓷按鈕16（此時(shí)，輸出信號(hào)頻率分段開(kāi)關(guān)12無(wú)效）。補(bǔ)償按鈕17一般不要按下，因?yàn)轶w材料的漏導(dǎo)極小，不需補(bǔ)償，以免發(fā)生電滯回線(xiàn)的過(guò)補(bǔ)償。第10頁(yè)，共12頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期四通過(guò)取樣選擇旋

6、鈕6選擇取樣電容C0 (用于測(cè)電滯回線(xiàn)，例如，取0.1)或取樣電阻R0(用于測(cè)IV 特性，用于測(cè)IV 特性，例如，取 0.1k)。根據(jù)測(cè)量要求，通過(guò)波形選擇旋鈕9選擇相應(yīng)的測(cè)量波形。適當(dāng)調(diào)節(jié)幅度調(diào)節(jié)旋鈕19及頻率調(diào)節(jié)旋鈕18。觀(guān)察示波器上顯示出的電滯回線(xiàn)或IV特性。根據(jù)需要，重新調(diào)節(jié)上述步驟。例如，重新選擇相應(yīng)頻段并調(diào)節(jié)頻率及重新選擇C0或R0以求測(cè)到最佳波形。關(guān)閉儀器電源前，請(qǐng)將輸出信號(hào)幅值調(diào)節(jié)旋鈕19逆時(shí)針旋到底，同時(shí)將薄膜/陶瓷選擇按鈕調(diào)至薄膜狀態(tài)，防止下次開(kāi)機(jī)時(shí)大電流對(duì)儀器造成沖擊。第11頁(yè)，共12頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)39分，星期四 注意事項(xiàng)(1)本儀器使用后，最好將接入的連線(xiàn)全部拆除。頻率換檔置于100Hz1kHz位置，幅度調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針旋到底，R調(diào)節(jié)旋鈕順時(shí)針旋到底，波形選擇置于正弦位置， 取樣電容檔置于1nF位置，這樣可確保下次使用時(shí)儀器不受高壓的沖擊。 例如，若幅度調(diào)節(jié)旋鈕處在最大位置，一旦薄膜/陶瓷按鈕按下，則本儀器就可能輸出4500Vp-p以上的高壓，此時(shí)儀器內(nèi)部電路會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流而損壞儀器。(2)不要短接鐵電