[發明專利]一種控制鐵電晶體電疇的方法和裝置

在審

• 申請號: 202010535777.3
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111647950A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 葉紅軍
• 申請（專利權）人: 西京學院
• 主分類號: C30B33/04
• 分類號: C30B33/04
• 代理公司: 鄭州豫原知識產權代理事務所(普通合伙) 41176
• 代理人: 韓曉娟

本發明涉及鐵電材料的制備技術領域，具體為一種控制鐵電晶體電疇的方法和裝置；包括激光發生器、高精密線性電流電壓源、系統保護電路和有機玻璃夾具，所述有機玻璃夾具的中部設置有電解腔液和石英窗，有機玻璃夾具夾緊鐵電晶體樣品，所述高精密線性電流電壓源的一極插入有機玻璃夾具的注液通道內，使用本方法極化的多疇化鐵電晶體樣品，鐵電晶體尺寸減小，電疇密度提高，鐵電晶體壓電效應同晶體內部電疇結構密切相關，具有良好的壓電熱穩定性，鐵電晶體尺寸效應削弱了本征壓電效應隨溫度升高而升高的趨勢。因此，在寬溫度范圍內壓電常數保持不變，不隨外界溫度變化而變化。

技術領域

本發明涉及鐵電材料的制備技術領域，具體為一種控制鐵電晶體電疇的方法和裝置。

背景技術

鐵電材料已應用于醫用超聲換能器、水聲換能器、驅動器、超聲馬達、熱釋電器件、精密位移控制器件以及能量收集等領域。鐵電疇是鐵電材料的本質特征，可以被外部電場重新定向而分裂成一系列自發極化方向相同的區域。晶體的電疇形貌和尺寸除了同材料本身有關，還受外加電場和溫度影響，除此以外，電疇尺寸還同晶體尺寸有關。沿平行于自發極化方向的晶向極化，獲得單疇化晶體；沿其他晶向極化，獲得電疇尺寸大小不一的晶體。鐵電疇單疇晶體中，靜電能和彈性能較大，晶體內總能量較大；多疇晶體中，增加了疇壁能，但靜電能和彈性能減小，總能量減小。疇壁工程化的晶體內部疇壁數量銳減或銳增，對于疇壁減少的晶體，為了減小應變能，在外場作用下，新的90度疇壁重新出現；對于疇壁增多的晶體，疇壁減薄，疇壁能增加，電疇結構在外場作用下變得不穩定，出現疇壁運動，同時伴有疇壁消失或出現等情況。

發明內容

為了解決上述的問題，本發明提供一種控制鐵電晶體電疇的方法和裝置。

本發明解決其技術問題采用以下技術方案來實現：

一種控制鐵電晶體電疇的方法，依次包括以下步驟：

步驟一、將坩堝置于氧化鋁管中，坩堝與氧化鋁管之間用氧化鋁粉填充，并在氧化鋁管中安裝一個測溫熱電偶，熱電偶的頂端與晶體平齊，開啟飛秒激光束，利用飛秒激光束將鐵電晶體溫度迅速升至相變溫度以上500-1200℃之間，升溫時間在20秒內，相變溫度取決于需極化的鐵電晶體類別，調節坩堝位置并通過測溫熱電偶的溫度來接種，溫度控制精度為0.2℃，保溫時間5-15min；

步驟二、沿垂直于電極方向施加強度大于兩倍矯頑場的電壓，同時將電流控制在1至3毫安，同時將飛秒激光束調整為單脈沖式工作，脈沖能量在20-40微焦耳，保持10-20min；

步驟三、以2℃/min的速率降溫，同時調整外置電場強度，使其一直處于兩倍矯頑場以上，飛秒激光束的單脈沖式能量控制在3-10微焦耳，晶體生長完畢后，緩慢降溫至室溫。

一種控制鐵電晶體電疇的裝置，包括激光發生器、高精密線性電流電壓源、系統保護電路和有機玻璃夾具，所述有機玻璃夾具的中部設置有電解腔液和石英窗，有機玻璃夾具夾緊鐵電晶體樣品，所述高精密線性電流電壓源的一極插入有機玻璃夾具的注液通道內，另一極通過降壓電阻和電流表插入另一塊有機玻璃夾具中的注液通道，形成極化電路，所述系統保護電路與極化電路電性連接。

所述的高精密線性電流電壓源提供0-10毫安可變電流和0-2萬伏電壓。

所述激光發生器為自鎖模摻鈦藍寶石激光器。

所述高精密線性電流電壓源的兩電極到有機玻璃夾具段的電力線上套接有鉑金套管。