商品簡介
本書聚焦於鐵電材料納米尺度電疇調控及其溫度敏感機理分析，將鐵電薄膜生長優化與壓電力顯微鏡納米探針極化調控技術相結合，詳細探討了鐵酸鉍薄膜與鈮酸鋰單晶薄膜百納米量級電疇反轉調控規律，揭示了不同極化調控作用下鐵電電疇動態機制，研究了不同極化取向之間的疇壁導電效應及溫度敏感機理。本書可以作為從事電子信息功能材料及器件研究，尤其是從事鐵電材料研究人員的參考書，也可以作為高等學校、科研院所高年級本科生和研究生的教學、科研用書。
作者簡介
喬驍駿，現為中北大學講師，博士畢業於中北大學儀器科學與技術（A類）專業，主持並參與山西省自然科學基金、國家自然基金面上項目2項、科技部重點研發計劃1項、GF基礎科研項目1項。長期專注於鐵電材料的納米尺度性能調控與器件設計研究，目前已在Science China Materials，IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS，Journal of Materials Chemistry C等知名期刊發表SCI論文30余篇，申請發明專利8項，授權7項。
名人/編輯推薦
隨著空間技術的蓬勃發展，輻照環境下高精度傳感測試需求不斷提升。同時，電子測試系統的蓬勃發展離不開納米尺度基礎功能單元的研究，開展微觀尺度下功能材料的性能研究，對拓展器件應用具有重要的意義。鐵電薄膜良好的自發極化及翻轉特性免疫於空間輻照環境，在空間環境中電疇形態得以穩定保持，為基於鐵電器件的應用奠定基礎。特別地，基於導電疇壁附近的載流子聚集響應，加工納米尺度的疇壁單元穩定結構，實現高精度溫度傳感測試。然而，目前商用極化多採用油浴極化塊狀鐵電體，無法實現極化的高效、快速、精準調控，且基於傳統材料微加工設計的產品不利於半導體器件的小型化和集成化。因此，探索鐵電薄膜高質量可控制備，設計高效的極化調控方式，從而實現鐵電薄膜的精準調控和高溫環境下穩定性調控，為輻照環境下傳感技術實現提供了新思路和新途徑。本書聚焦於鐵電材料納米尺度電疇調控及其溫度敏感機理分析，可以作為從事電子信息功能材料及器件研究工具書，尤其是從事鐵電材料研究人員的參考書，也可以作為高等學校、科研院所高年級本科生和研究生的教學、科研用書。
序
空間技術和航空航天的飛速發展，對空間測試傳感系統提出了更高的要求，太空輻照環境下高精度傳感檢測核心技術面臨巨大的挑戰。鐵電薄膜具有穩定的自發極化狀態，同時在輻照環境中表現出穩定的抗輻照特性。近年來，以壓電力顯微鏡作為核心手段實現鐵電薄膜納米尺度調控，在半導體技術與集成電路、航空與航天探測等多學科交叉領域獲得了多國科研工作者的密切關注。利用壓電力顯微鏡研究鐵電薄膜主要包括電疇及疇壁導電性調控，然而，環境溫度影響電疇的疲勞穩定性，限制了器件化應用的進一步發展，電疇結構精準調控是首要問題，探索穩定的電疇調控方式迫在眉睫。電疇結構的穩定性及電疇動力學過程尚且模糊，且鐵電薄膜內部存在退極化電場，與極化電荷及外部激勵共同作用的屏蔽機制複雜，影響電疇的穩定性。因此探索電疇調控手段和疇壁穩定性是促進鐵電薄膜走向器件應用的必要條件。本書圍繞抗輻照鐵電疇壁溫度傳感設計展開研究，構建電疇極化翻轉理論模型，結合朗道自由能理論闡釋電疇翻轉過程中的能量勢壘，探索電疇結構演化規律，闡明退極化場與環境溫度共同作用下電疇調控機制；基於針尖極化電場實現鈮酸鋰和鐵酸鉍鐵電薄膜電疇精準調控，進而分析疇壁附近電荷分布和疇壁電流的溫度敏感特性，驗證疇壁導電作為溫度傳感器件核心單元的可行性，奠定了鐵電薄膜在輻照環境下高精度傳感的應用前景。全書具體內容如下：
① 優化薄膜生長方式，獲得抗輻照鐵酸鉍薄膜和鈮酸鋰單晶薄膜，通過壓電力顯微鏡成像與晶相結構分析，可以看到鐵酸鉍與鈮酸鋰薄膜具有納米量級表面粗糙度以及良好的結晶取向，制備三明治結構的鐵酸鉍電容元件，為後續電流傳感功能驗證奠定基礎。
② 利用壓電力顯微鏡調控外延鐵酸鉍薄膜實現電疇可控翻轉，通過樣品旋轉表征面內外電疇極化結構，定性分析內部電疇分布規律。利用導電探針施加極化電場實現電疇動力學調控，翻轉電疇的穩定性滿足吉布斯自由能理論，探針極化引起面內電場分量促進了面內電疇翻轉，且能夠在高溫和長時間作用下保持穩定。對導電基底上的鐵酸鉍薄膜進行針尖電場極化，研究表明當外加激勵超過矯頑電場時，能夠實現面內和面外電疇同時翻轉，即鐵酸鉍電疇發生180°翻轉，且翻轉電疇在高溫下保持穩定。
在此基礎上利用壓電力顯微鏡調控鈮酸鋰單晶薄膜的電疇動力學過程，通過針尖脈衝極化方式在700nm 的鈮酸鋰薄膜上實現貫穿式點陣列電疇，系統分析電場幅值和極化時間對電疇動力學的影響機制，探索穩定可靠的電疇極化參數，形成的穩態電疇能穩定保持30 天以上且無明顯的退極化，而施加反向電場則能夠輕鬆將翻轉電疇初始化為原生狀態，同時翻轉電疇具有良好的抗輻照特性，驗證了電疇翻轉作為抗輻照功能單元的可靠性與穩定性。
③ 利用導電力顯微鏡實現了納米尺度下疇壁附近導電載流子表征與調控，探究電場影響下單點的疇壁導電特性。基於鐵酸鉍薄膜180°電疇穩定翻轉，實現疇壁良好的導電特性（pA～ nA 量級），該導電特性明顯高於電疇內部區域；利用針尖電場對鈮酸鋰薄膜進行密集點陣列極化，形成的疇壁處也表現出明顯提升的導電性。通過分析電場加載下疇壁導電性變化可知，疇壁導電具有明顯的電壓調制及整流特性，結合溫度作用下疇壁電流規律可知，在特定溫度區間內具有高精度傳感優勢。
本書由喬驍駿、耿文平、丑修建編寫，第1、3～5 章由喬驍駿編寫，第2 章由耿文平和丑修建編寫，喬驍駿負責全書的統稿工作。本書在編寫過程中參考了大量文獻，在此謹向相關作者表示感謝！
因筆者水平所限，書中不足之處，敬請讀者批評指正。
著者
目次
第1章 緒論001
1.1 鐵電電疇調控及傳感的發展現狀002
1.2 空間輻照及傳感004
1.2.1 空間輻照環境004
1.2.2 鐵電薄膜抗輻照005
1.3 電疇工程在鐵電器件中的應用006
1.4 疇壁調控及界面傳輸016
1.5 本書主要內容與意義024
1.5.1 本書主要內容024
1.5.2 意義025
參考文獻026
第2章 鐵電抗輻照傳感器理論036
2.1 鐵電抗輻照機理驗證037
2.2 電疇調控及疇壁導電038
2.3 抗輻照溫度傳感設計047
本章小結049
參考文獻049
第3章 抗輻照鐵電薄膜制備與表征051
3.1 鐵酸鉍外延鐵電薄膜制備與表征052
3.1.1 脈衝激光系統與薄膜沉積052
3.1.2 鐵酸鉍功能薄膜表征055
3.2 鈮酸鋰鐵電單晶薄膜制備與表征059
3.2.1 離子注入與鐵電單晶薄膜制備059
3.2.2 鈮酸鋰鐵電單晶表征060
3.3 鐵電電疇極化與表征061
3.4 鐵電疇壁導電性表征064
本章小結065
參考文獻065
第4章 基於針尖極化的鐵電電疇調控067
4.1 鐵酸鉍鐵電薄膜壓電性表征068
4.2 鐵酸鉍鐵電薄膜鐵電疇調控075
4.2.1 鐵酸鉍鐵電薄膜電疇表征075
4.2.2 外場作用下鐵酸鉍電疇精準調控082
4.3 單晶鈮酸鋰鐵電薄膜壓電性表征094
4.4 鐵電單晶鈮酸鋰薄膜電疇調控096
4.4.1 鈮酸鋰鐵電薄膜電疇表征096
4.4.2 鈮酸鋰薄膜電疇納米量級精準調控105
4.4.3 鈮酸鋰薄膜電疇翻轉抗輻照111
本章小結113
參考文獻114
第5章 基於導電疇壁的溫度傳感器件119
5.1 疇壁界面導電特性121
5.2 基於疇壁的溫度傳感功能驗證134
5.3 基於疇壁導電的溫度傳感器件研究137
本章小結145
參考文獻146
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