[發明專利]一種鐵電晶體矯頑場的非接觸式光學測量裝置和方法

在審

• 申請號: 201910636469.7
• 申請日: 2019-07-15
• 公開（公告）號: CN110308337A
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 孫恩偉;鄭華山;李凱;楊逸逍;李嘉明;楊彬;張銳;曹文武
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 畢雅鳳

一種鐵電晶體矯頑場的非接觸式光學測量裝置和方法，涉及材料性質的光學檢測技術領域，為了解決現有鐵電晶體電學測量方法易受接觸狀態、空間電荷或缺陷電荷影響的問題。控溫箱設有2個通光孔，鐵電晶體位于控溫箱內，激光器輸出的連續激光通過一個通光孔入射至鐵電晶體，鐵電晶體透射的光通過另一個通光孔入射至光電探測器的光敏面，光電探測器的輸出端連接數字示波器的輸入端，數字示波器的透射光強度輸出端連接計算機的透射光強度輸入端；交流電壓源用于為鐵電晶體施加交流電壓；計算機用于控制交流電壓源輸出電壓的頻率和幅值，還用于計算施加的電場，并存儲施加的電場及數字示波器輸出的透射光強度。本發明適用于測量鐵電晶體的矯頑場。

技術領域

本發明涉及材料性質的光學檢測技術領域，具體涉及鐵電晶體矯頑場的非接觸式光學測量技術。

背景技術

鐵電晶體是一種多功能材料，具有優異的介電、壓電、電光、光折變和聲學性質，在鐵電存儲器、大容量電容器、壓電傳感器、電光調制器和超聲換能器等領域具有重要應用。鐵電晶體優異的宏觀性質與其微觀疇結構密切相關。鐵電疇是鐵電晶體內部自發極化相同的區域，疇結構是由不同取向的電疇組成的微觀結構，所以，了解鐵電疇的特性是探索鐵電晶體宏觀性質來源及后期進行改性設計的重要前提。鐵電疇的特性，可以從靜態和動態兩方面進行測量。目前疇的靜態特性的測量方法較多，例如偏光顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和壓電力顯微鏡等，其中偏光顯微鏡具有微米級分辨率，掃描電子顯微鏡和壓電力顯微鏡等具有百納米級分辨率，透射電子顯微鏡具有納米級分辨率。這些都屬于鐵電疇的靜態測量手段。

關于鐵電疇的動態測量方法，目前常用的是基于Sawyer-Tower電路的電滯回線測試法，以便確定鐵電晶體內部電疇翻轉的矯頑場。這種方法具有制樣方便、測試簡單等優點，但同時存在若干缺點。缺點之一是Sawyer-Tower電路測試法是一種接觸式電學測量方法，測試夾具與樣品電極之間的接觸狀態對矯頑場的測試結果有一定影響；缺點之二是這是一種電荷采集式測試方法，與鐵電疇反轉無關的空間電荷或缺陷電荷也會對矯頑場的測試結果產生影響，特別是內部缺陷較多的樣品，樣品中存在大量的非束縛電荷，會使得測量結果不可信，產生所謂“漏電”的現象發生；缺點之三是高溫或低頻測試時，由于高溫或低頻下缺陷電荷的遷移加劇，會使得測量結果誤差進一步被放大。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有鐵電晶體電學測量方法易受接觸狀態、空間電荷或缺陷電荷影響的問題，從而提供一種鐵電晶體矯頑場的非接觸式光學測量裝置和方法。

本發明所述的一種鐵電晶體矯頑場的非接觸式光學測量裝置，包括交流電壓源1、控溫箱2、激光器3、光電探測器4、數字示波器5和計算機6；

控溫箱2設有2個通光孔2-1，鐵電晶體7位于控溫箱2內，激光器3輸出的連續激光通過一個通光孔2-1入射至鐵電晶體7，鐵電晶體7透射的光通過另一個通光孔2-1入射至光電探測器4的光敏面，光電探測器4的輸出端連接數字示波器5的輸入端，數字示波器5的透射光強度輸出端連接計算機6的透射光強度輸入端；

交流電壓源1用于為鐵電晶體7施加交流電壓；

計算機6用于控制交流電壓源1輸出電壓的頻率和幅值，還用于計算施加的電場，并存儲施加的電場及數字示波器5輸出的透射光強度。

優選的是，鐵電晶體7的尺寸大于2mm×2mm×0.5mm。

優選的是，還包括反射鏡8；

激光器3輸出的連續激光經反射鏡8反射至鐵電晶體7。

優選的是，還包括衰減片9；

激光器3輸出的連續激光經衰減片9功率衰減后入射至鐵電晶體7。

優選的是，還包括第一凸透鏡10；

第一凸透鏡10使連續激光聚焦在鐵電晶體7內部。