[发明专利]一种铁电陶瓷的周期性条带畴结构分析方法

说明书

本发明公开了一种铁电陶瓷的周期性条带畴结构分析方法，属于微纳表征技术领域，该方法包括以下步骤：使用高电压高压强方法制备铁酸铋陶瓷，切成薄片(板)并抛光，通过原子力显微镜表征其形貌；运用矢量压电力显微镜表征纳米铁电陶瓷中的周期性条带畴，采用精细的矢量压电力显微术分析方法确定其三维畴结构。通过本发明给出的铁电陶瓷制备方法，可用于非挥发的、高密度的铁电随机存取存储器；同时，提供的表征方法能够准确给出周期性条带畴的三维畴结构，提出了一种识别陶瓷样品中极化翻转类型的方法，为高密度的铁电存储器件开发及表征检测提供方案；推动具有周期性畴结构的铁酸铋陶瓷的制备工艺发展以及批量化生产。

技术领域

本发明涉及微纳表征技术领域，具体涉及一种铁电陶瓷的周期性条带畴结构分析方法。

背景技术

铁电随机存取存储器具有低能耗、快写入、大得多的擦写次数等优点，有望成为下一代非挥发存储器。铁电存储要求铁电材料室温下具有很大的极化值、很强的压电响应，有利于开发、检测基于铁电材料的器件。其中，铁酸铋(BiFeO₃，简写为BFO)这种材料的居里温度和奈尔温度分别为370℃和830℃，(111)和(001)方向的剩余极化值为100μC/cm²和60μC/cm²，是很好的铁电和压电材料；目前，关于BFO的铁电性和压电性的研究大多集中在薄膜，而很少关注BFO陶瓷(铁酸铋陶瓷)。即便对于在001型立方表面生长的菱方向铁电薄膜，由于其存在8种可能的极化方向，畴结构分析已经相当复杂；对于陶瓷，一方面非外延生长，以多晶形式存在，一方面是块材、厚度很大，还面临极化无法翻转而难以准确判定其铁电畴结构的困难。

铁电存储器利用的是极化翻转，翻转机制由其铁电陶瓷中的极化分布决定，同时极化分布也反映了其畴结构。因此，为更好地理解和应用铁电陶瓷的性质使得揭示其畴结构成为重要的研究课题。在铁电材料中，压电效应是铁电极化存在的一个直接证据；因而，基于扫描探针显微镜(scanningprobemicroscopy，SPM)的压电力显微镜(piezoresponseforce microscopy，PFM)是在纳米尺度研究极化分布不可或缺的工具，由此发展出的矢量PFM表征及分析方法可以重组铁电畴的三维极化分布。

本专利利用压电力显微镜，针对陶瓷中的周期性条带畴进行细致分析，提出一种识别陶瓷样品中极化翻转类型的方法，对于非周期性排列畴结构的判定具有指导意义。条带畴的周期性排列必将提高铁电畴的密度，这对于克服目前市场上铁电存储器存储密度低的问题提供了思路，必将推动具有周期性畴结构的BFO陶瓷的制备工艺发展以及批量化生产。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种铁电陶瓷的周期性条带畴结构分析方法，为基于铁电材料的器件开发与检测提供思路，推动具有周期性畴结构的BFO陶瓷的制备工艺发展以及批量化生产。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铁电陶瓷的周期性条带畴结构分析方法，包括如下步骤：

S1：使用热压烧结方法制备铁酸铋陶瓷；

S2：物相表征研究铁酸铋陶瓷样品的铁电性和形貌；

S3：运用矢量压电力显微镜PFM对铁酸铋陶瓷样品表征；

S4：确定陶瓷样品中条带畴的畴结构，识别陶瓷样品中极化翻转类型。