專利名稱：一種絕緣/漏電鐵電薄膜電疇反轉(zhuǎn)電流測量與轉(zhuǎn)換為電滯回線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固態(tài)電介質(zhì)性能測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種絕緣/漏電鐵電薄膜電疇反轉(zhuǎn)電流測量與轉(zhuǎn)換為電滯回線的方法。
背景技術(shù)：
測量電疇在外加電場下的反向成核和生長速度的最常用方法，是通過施加一個上升沿極短( 0.2 — 5ns)的電壓方脈沖到鐵電薄膜上去，然后通過示波器觀察與之串連電阻(RJ上電壓(八)隨時間(t)的變化，從而計算出電疇運動電流(Isw)隨時間變化。這種電流隨時間的變化會呈現(xiàn)一個峰值，通過峰位的測量可以評估電疇的翻轉(zhuǎn)時間，即鐵電存儲器、壓電器件、熱釋電器件等在電場激勵下的響應(yīng)時間；或者通過電流對時間的積分，計算出可翻轉(zhuǎn)電疇的極化強度Psw隨時間的變化，然后運用Kolm0g0r0v-Avramy-Ishibashi(KAI)模型對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，計算出電疇的翻轉(zhuǎn)時間tQ。人們對鐵電理論的理解存在著誤區(qū)，因為(1)電疇翻轉(zhuǎn)電流隨時間的變化呈現(xiàn)了一個臺階，而不是一個峰值；(2)在電疇翻轉(zhuǎn)瞬間，鐵電薄膜上電壓降等于電疇翻轉(zhuǎn)的矯頑電壓V。，并不等于外加電壓V; (3)在電疇翻轉(zhuǎn)的同時，串連電阻上電壓降等于V-V。，因此ISW=(V-V。)/Rt; (4) 電疇翻轉(zhuǎn)的時間、除了受到V的大小影響外，還要取決于電路中的串聯(lián)電阻&、矯頑電壓 V。以及鐵電電容器的面積S，它們之間的關(guān)系有、=2PJIV(V-V。)匕其中已為剩余極化強度；(5)如果測量電路中的RC時間小到和電脈沖上升沿時間仁相比擬時(小鐵電電容)， 則仁也會嚴(yán)重影響翻轉(zhuǎn)電流的峰位，即、。這些試驗結(jié)果都反映了現(xiàn)有測量方法的局限性， 限制或誤導(dǎo)了現(xiàn)有鐵電理論的發(fā)展。研究電疇反轉(zhuǎn)的動力學(xué)機制的較為準(zhǔn)確的評估方法應(yīng)該采用電疇翻轉(zhuǎn)電流密度Jsw和電疇翻轉(zhuǎn)矯頑場E。的關(guān)系，而不是采用傳統(tǒng)的‘-V依賴關(guān)系。其中，Jsw可以由電路中負(fù)載電阻&進(jìn)行調(diào)節(jié)，V。(=V-VJ也隨之發(fā)生變化?，F(xiàn)有商業(yè)設(shè)備都不具備以上測試功能。因此，發(fā)展一種能夠表征漏電薄膜的自發(fā)極化強度和電疇運動速度的正確測量方法的鐵電測試儀，無論對于理論研究還是實際應(yīng)用都具有積極意義。本發(fā)明采用了脈沖測量技術(shù)，可以將電疇反轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)的電滯回線，并且測量時間和電疇翻轉(zhuǎn)時間相比擬，極大地消除樣品或電路中各種與時間機制有關(guān)的雜散效應(yīng)的影響，以現(xiàn)有商業(yè)設(shè)備所無法達(dá)到的最快測試頻率表征絕緣或漏電薄膜的鐵電性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種脈沖電壓作用下絕緣/漏電鐵電薄膜的電疇反轉(zhuǎn)電流測量與轉(zhuǎn)化為電滯回線的方法，以便于對漏電鐵電薄膜的鐵電性能進(jìn)行研究。本發(fā)明提出的絕緣/漏電鐵電薄膜的電疇反轉(zhuǎn)電流測量轉(zhuǎn)化為電滯回線的方法， 可分為下述2種
1、絕緣鐵電薄膜電疇反轉(zhuǎn)電流測量與轉(zhuǎn)換為電滯回線，具體步驟如下 (1)將待測鐵電薄膜與信號發(fā)生器和示波器、標(biāo)準(zhǔn)電阻組成的測試電路串聯(lián)(所謂標(biāo)準(zhǔn)電阻的大小是任意的，可根據(jù)測試樣品的不同而選取，其連接方式可為與示波器串聯(lián)或并聯(lián))，利用脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生一個雙極性電壓脈沖(脈沖寬度與幅值相等但極性相反的兩個連續(xù)脈沖)，由示波器記錄測試過程中電路總電阻艮兩端的電壓Vk(t)隨時間的變化。 (2)由于電路總電阻Rt已知(等于示波器和信號發(fā)生器內(nèi)阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻組成的電路總電阻)，通過示波器的電流即為電疇反轉(zhuǎn)電流，即Isw(t)=VK(t)/Rt，將電疇反轉(zhuǎn)電流對時間積分，即得到對應(yīng)該時刻的極化強度的大小
權(quán)利要求
1. 一種絕緣/漏電鐵電薄膜電疇反轉(zhuǎn)電流測量與轉(zhuǎn)換為電滯回線的方法，其特征在于分為下述2種一、絕緣鐵電薄膜電疇反轉(zhuǎn)電流測量與轉(zhuǎn)換為電滯回線的具體步驟如下(1)將待測鐵電薄膜與測試電路串聯(lián)，該測試電路由信號發(fā)生器、示波器和標(biāo)準(zhǔn)電阻組成；利用脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生一個雙極性電壓脈沖，由示波器記錄測試過程中電路總電阻兩端的電壓Vk(t)隨時間的變化；(2)電路總電阻Rt等于示波器和信號發(fā)生器內(nèi)阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻組成的電路總電阻，為已知；通過示波器的電流即為電疇反轉(zhuǎn)電流，S卩Isw(t)=VK(t)/Rt，電疇反轉(zhuǎn)電流對時間積分，即得到對應(yīng)該時刻的極化強度的大小
全文摘要
本發(fā)明屬于固態(tài)電介質(zhì)性能測試技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種絕緣/漏電鐵電薄膜電疇反轉(zhuǎn)電流測量與轉(zhuǎn)換為電滯回線的方法。本發(fā)明首先在漏電的鐵電薄膜上施加同極性的不同外加電壓，由示波器記錄并通過多項式/指數(shù)函數(shù)擬合求得鐵電薄膜的漏電流和施加在鐵電薄膜上的電壓的函數(shù)關(guān)系。而后對薄膜施加雙極性連續(xù)脈沖，利用漏電流與鐵電薄膜兩端電壓函數(shù)關(guān)系扣除漏電流，得到電疇反轉(zhuǎn)電流曲線。在任意時刻將電疇反轉(zhuǎn)電流曲線對時間積分即得到對應(yīng)該時刻鐵電薄膜的極化值，與該時刻對應(yīng)鐵電薄膜兩端電壓逐點作圖即得漏電鐵電薄膜的電滯回線。本發(fā)明方法采用標(biāo)準(zhǔn)電阻取代了傳統(tǒng)方法中的參考電容，測量速度更快，并且可以正確地測量漏電薄膜的電滯回線。
文檔編號G01R19/00GK102279308SQ20111020355
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者劉驍兵, 江安全 申請人:復(fù)旦大學(xué)