掺杂Bi4Ti3O12陶瓷薄膜的铁电性研究

一． 铁电性介绍

铁电性（ferroelectricity）是某些介电晶体所具有的性质。在一些电介质晶体中，晶胞的结构使正负电荷中心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化，且电偶极矩方向可以因外电场而改变，呈现出类似于铁磁体的特点，晶体的这种性质叫铁电性。

在一些电介质晶体中，晶体的极化程度与电场强度呈现出非线性关系。由于极化程度与电场强度的关系曲线与铁磁体的磁滞回线形状类似，所以人们把这类晶体称为铁电体（其实晶体中并不含有铁）^[1]。

对铁电体的初步认识是它具有自发极化。铁电体有上千种，不可能都具体描述其自发极化的机制，但可以说自发极化的产生机制是与铁电体的晶体结构密切相关。其自发极化的出现主要是晶体中原子（离子）位置变化的结果。已经查明，自发极化机制有：氧八面体中离子偏离中心的运动；氢键中质子运动有序化；氢氧根集团择优分布；含其它离子集团的极性分布等^[2]。

一般情况下，自发极化包括二部分：一部分来源于离子直接位移；另一部分是由于电子云的形变，其中，离子位移极化占总极化的39%。

当前关于铁电相起源，特别是对位移式铁电体的理解已经发展到从晶格振动频率变化来理解其铁电相产生的原理，即所谓”软模理论”^[3]。

二.性能特征

电滞回线:

电滞回线(ferroelectric hysteresis loop)是铁电畴在外电场作用下运动的宏观描述。铁电体的极化随着电场的变化而变化，极化强度与外加电场之间呈非线性关系。当电场施加于晶体时，沿电场方向的电畴扩展，晶体极化程度变大；而与电场反平行方向的电畴则变小。这样，极化强度随外电场增加而增加，如图中OA段曲线。在电场很弱时，极化线性地依赖于电场，此时可逆的畴壁移动占主导地位。当电场增强时，新畴成核，畴壁运动成为不可逆的，极化随电场地增加比线性快。当电场强度继续增大，达到相应于B点的值时，使晶体电畴方向都趋于电场方向，类似于单畴，极化强度趋于饱和。由于感应极化的增加，总极化仍然有所增加（BC段）。