介质薄膜.ppt

（2）电学性能及其表征 电学性能主要指其介电性、压电性、热释电性和 铁电性，主要的电学参数有电阻率（或电导率）、 介电常数、介电损耗、介电常数随温度的变化（介 电温谱）、介电常数随频率的变化（介电频谱）、 电滞回线及其矩形度、自发极化强度、剩余极化强 度、矫顽电场强度、机电耦合系数、压电系数、热 释电系数、相关材料应用时的品质因数等。 1）介电性能（包括介电常数、介电损耗、介电温谱和介电 频谱）大多采用阻抗分析仪进行测试和表征； 2）压电性能：利用在铁电薄膜表面上制作叉指电极对以激 励和检测铁电薄膜的机电耦合系数来了解。（工艺条件较 高且复杂）； 3）热释电性能：通过测试薄膜在调制入射光束或改变辐照 温度时的热释电电流，计算出薄膜的热释电系数。 4）铁电性能：利用铁电电滞回线商品型测试仪测量。（如 美国Radient Technology的RT66A）。 （3）光学性能及其表征 主要包括光学常数、电光系数和二次谐波发生（SHG） 系数。 a. 光学系数的测定 通常采用光谱仪来测试铁电薄膜的光 学透射谱，然后根据透射谱来计算薄膜的光学常数。 b. 电光系数的测定 铁电薄膜都具有电光效应。通常采用 测量入射光在通过施加电场的材料后引起的位相延 迟的改变来计算材料的电光系数。 c. 二次谐波发生系数的测定 所谓二次谐波发生，是指入射到介质中的光波 与介质发生相互作用后，产生倍频光，从而使入射 光的频率增加一倍的现象。 测试铁电薄膜的二次谐波发生可以直接通过测 试倍频光的强度来进行。根据淀积铁电薄膜的衬底 是否透明，可以分别选用透射式（适用于透明衬底） 或反射式（适用于非透明衬底）的方法。 二、铁电薄膜的应用 在微电子领域研究最多也最为成熟的当属铁电 存储器； 在光电子学应用方面，（Pb,La)(Zr,Ti)O3(PLZT) 铁电薄膜是最受关注的材料。由于它具有良好的光 学和电学性能，调整其化学组成可以满足电光、弹 光及非线性光学等多方面的要求。此外，PLZT还可 用于集成光学，是一类很有希望的光波导材料。 1、铁电薄膜应用分类 按物理效应进行分类，见表4。 表4 铁电薄膜按物理效应的应用分类 2、铁电存储器 铁电随机读取存储器（FeRAM）是利用铁电薄 膜的双稳态极化特性（电滞回线）制备的非易失性 存储器，具有高速度、抗辐照性、非挥发性和高密 度存储等优点，并且与IC工艺相兼容，是一种理想 的存储器。在计算机、航空航天和军工等领域具有 广阔的应用前景。 3、热释电红外探测器 具有响应光谱宽，可在室温下操作等优点，能 满足常温下对物体热成像的需要。热释电薄膜相对 于热释电体材料，又具有小型轻量、分辨率高、反 应快及能与微电子技术相集成的优点，因此铁电薄 膜成为制作高性能薄膜型热释电红外探测器的首选 材料。 随着集成铁电学的发展，利用微电子机械技术 制作的具有高分辨率的二维列阵薄膜型热释电红外 探测器（结构如图3所示）不断涌现出来，它可在室 温下实现红外凝视成像及跟踪，从根本上改变目前 红外光电子学的面貌。 图3 大面积集成二维列阵薄膜型热释电红外探测器结构示意图 第四节 压电薄膜及应用 基础知识： 压电效应的机理如图4所示： 图4 压电效应机理示意图 近年来，压电材料研究进展很快，已远远超出了原有单 晶的范围，在电、磁、声、光、热、湿、气、力等功能转换 器件中发挥重要作用，“压电学”已形成材料科学与物理学中 的一个很有前景的分支。 压电材料可以分成很多类：按成分，这类材料可分为无 机材料和有机材料；按结构，分为单晶材料和多晶材料，前 者如压电石英，后者如压电陶瓷；按使用形态，分为块状 （体状）材料和膜状材料。 单晶的优点：表面光滑，无孔洞，一致性和重复性好， 随着时间的性能稳定，声波传输损耗小。缺点：价格高，需 要高精度加工技术，并且难以兼备大的机电耦合系数和小的 声速温度系数。 压电陶瓷优点：价格低，制造加工容易，可以 通过变化成分实现调整其机电耦合系数和声速温度 系数；缺点：均匀性差，气孔和晶界较大，表面很 不平滑，因而传输损耗大，在其上难以制造精细的 叉指电极，一致性和重复性差，可靠性差。 共同缺点：难以制得很薄的膜，因而不适用于 超高频压电器件。 压电薄膜兼有单晶