[發(fā)明專利]一種鐵電陶瓷的周期性條帶疇結(jié)構(gòu)分析方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110249378.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN113030518A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李忠文;陳永山;申慧;王延宗;張正中;王超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 淮陰工學(xué)院
• 主分類號(hào): G01Q60/24
• 分類號(hào): G01Q60/24;C04B35/26;C04B35/622
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張華蒙

本發(fā)明公開了一種鐵電陶瓷的周期性條帶疇結(jié)構(gòu)分析方法，屬于微納表征技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括以下步驟：使用高電壓高壓強(qiáng)方法制備鐵酸鉍陶瓷，切成薄片(板)并拋光，通過原子力顯微鏡表征其形貌；運(yùn)用矢量壓電力顯微鏡表征納米鐵電陶瓷中的周期性條帶疇，采用精細(xì)的矢量壓電力顯微術(shù)分析方法確定其三維疇結(jié)構(gòu)。通過本發(fā)明給出的鐵電陶瓷制備方法，可用于非揮發(fā)的、高密度的鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器；同時(shí)，提供的表征方法能夠準(zhǔn)確給出周期性條帶疇的三維疇結(jié)構(gòu)，提出了一種識(shí)別陶瓷樣品中極化翻轉(zhuǎn)類型的方法，為高密度的鐵電存儲(chǔ)器件開發(fā)及表征檢測提供方案；推動(dòng)具有周期性疇結(jié)構(gòu)的鐵酸鉍陶瓷的制備工藝發(fā)展以及批量化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納表征技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵電陶瓷的周期性條帶疇結(jié)構(gòu)分析方法。

背景技術(shù)

鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器具有低能耗、快寫入、大得多的擦寫次數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，有望成為下一代非揮發(fā)存儲(chǔ)器。鐵電存儲(chǔ)要求鐵電材料室溫下具有很大的極化值、很強(qiáng)的壓電響應(yīng)，有利于開發(fā)、檢測基于鐵電材料的器件。其中，鐵酸鉍(BiFeO₃，簡寫為BFO)這種材料的居里溫度和奈爾溫度分別為370℃和830℃，(111)和(001)方向的剩余極化值為100μC/cm²和60μC/cm²，是很好的鐵電和壓電材料；目前，關(guān)于BFO的鐵電性和壓電性的研究大多集中在薄膜，而很少關(guān)注BFO陶瓷(鐵酸鉍陶瓷)。即便對(duì)于在001型立方表面生長的菱方向鐵電薄膜，由于其存在8種可能的極化方向，疇結(jié)構(gòu)分析已經(jīng)相當(dāng)復(fù)雜；對(duì)于陶瓷，一方面非外延生長，以多晶形式存在，一方面是塊材、厚度很大，還面臨極化無法翻轉(zhuǎn)而難以準(zhǔn)確判定其鐵電疇結(jié)構(gòu)的困難。

鐵電存儲(chǔ)器利用的是極化翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)機(jī)制由其鐵電陶瓷中的極化分布決定，同時(shí)極化分布也反映了其疇結(jié)構(gòu)。因此，為更好地理解和應(yīng)用鐵電陶瓷的性質(zhì)使得揭示其疇結(jié)構(gòu)成為重要的研究課題。在鐵電材料中，壓電效應(yīng)是鐵電極化存在的一個(gè)直接證據(jù)；因而，基于掃描探針顯微鏡(scanningprobemicroscopy，SPM)的壓電力顯微鏡(piezoresponseforce?microscopy，PFM)是在納米尺度研究極化分布不可或缺的工具，由此發(fā)展出的矢量PFM表征及分析方法可以重組鐵電疇的三維極化分布。

本專利利用壓電力顯微鏡，針對(duì)陶瓷中的周期性條帶疇進(jìn)行細(xì)致分析，提出一種識(shí)別陶瓷樣品中極化翻轉(zhuǎn)類型的方法，對(duì)于非周期性排列疇結(jié)構(gòu)的判定具有指導(dǎo)意義。條帶疇的周期性排列必將提高鐵電疇的密度，這對(duì)于克服目前市場上鐵電存儲(chǔ)器存儲(chǔ)密度低的問題提供了思路，必將推動(dòng)具有周期性疇結(jié)構(gòu)的BFO陶瓷的制備工藝發(fā)展以及批量化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種鐵電陶瓷的周期性條帶疇結(jié)構(gòu)分析方法，為基于鐵電材料的器件開發(fā)與檢測提供思路，推動(dòng)具有周期性疇結(jié)構(gòu)的BFO陶瓷的制備工藝發(fā)展以及批量化生產(chǎn)。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種鐵電陶瓷的周期性條帶疇結(jié)構(gòu)分析方法，包括如下步驟：

S1：使用熱壓燒結(jié)方法制備鐵酸鉍陶瓷；

S2：物相表征研究鐵酸鉍陶瓷樣品的鐵電性和形貌；

S3：運(yùn)用矢量壓電力顯微鏡PFM對(duì)鐵酸鉍陶瓷樣品表征；

S4：確定陶瓷樣品中條帶疇的疇結(jié)構(gòu)，識(shí)別陶瓷樣品中極化翻轉(zhuǎn)類型。