了解电子铁电滞回线

2020年10月15日

关键的外卖

铁电材料具有磁滞回线,就像铁磁材料。
铁电体也保留他们接触电场后偏振状态,使其有用的记忆。
当前类铁电组件是有限的记忆从几个制造商,但新领域的电光和电子产品可以利用铁电体来创建一个广泛的设备。

铁电随机存取存储器利用铁电滞回线的存储数据。

当你想到滞后,你可能想到铁芯电感和铁氧体变压器铁磁组件。滞后也发生在施密特触发器提供一定程度的噪声免疫力,它提供了简单的电气开关,一旦输入电压超过一些预定义的阈值。还有另一个类的材料展览滞后和转换的一种行为:铁电体。

铁电材料是铁磁材料的电模拟,但驱动磁滞在这些材料的物理机制是不同的。铁磁质享有许多应用程序涉及能量转化、过滤、隔离,但铁电体并没有享受到相同级别的采用。这里有一些潜在的应用程序这一独特的一类材料和如何表现在你的电路。

铁电滞回线是什么?

独特的电子设备可以利用磁滞的铁电材料,是通过电场和物质之间的相互作用。铁电材料和其他电介质的区别是,铁电体保留了极化后的字段,而其他电介质返回一个中立的国家。此外,铁电体可以回到一个中立的状态,只要足够强大opposite-pointing领域应用于材料。

这是类似于铁磁物质可以保留其铁磁性磁化后暴露于磁场。这需要克服一个阈值的大小和方向变化剩余极化意味着这些材料表现出滞后,就像一块磁铁。下面的图显示了一个铁电滞回线,都有相同的基本结构的磁滞回线。一些重要的点标记在图上。

铁电滞回线和极化图

铁电滞回线表明总在铁电材料极化。

重点在铁电滞回线

在铁电滞回线有三个要点:

电动矫顽力(E_C):这是切换所需的电场极化之间的积极的和消极的价值观。注意积极的领域可以诱导负极化,引起负电容。
剩余极化(P_R):仍在材料的极化电场后删除
饱和极化(P_年代):这是最大的极化可以诱导材料在高电场强度。

注意,相同的点,可以提炼出铁磁磁滞回线。这些重要的点在磁滞回线取决于物理机制,导致铁电材料极化磁滞。

驱动的铁电性

在宏观层面,一个事件电场产生束缚电荷的空间分布的变化,这是量化麦克斯韦方程的极化。这些材料的结构允许这种锁的束缚电荷分布变化,束缚电荷仍在入射电场后的新分布。这个现象的物理机制在微观层面包括离子迁移和填充陷阱状态,等等。

数学上,材料是分段非线性极化,增加或减少取决于字段。使用相同的技术磁滞模型模型还可以用于铁电滞回线。这成为重要的在使用铁电体构建新组件和运行电路模拟与这些组件。一些有趣的设备可以利用铁电电滞回线在许多地区。

铁电材料的应用

有许多应用程序的铁电材料用于电子产品,从可调非线性组件能源发电。一些例子包括:

具有较大的动态范围和灵敏度比的动态电容变容器
负电容电容器
非线性波导对光子学的应用程序
钙钛矿的太阳能电池,效率可以维护如果有下降
高灵敏度热电传感器
调节器
非易失性记忆

在这些潜在的应用中,钙钛矿太阳能电池得到了大量的研究关注和可能成为下一个商用铁电产品。然而,这些设备的铁电滞回线是能量转化成功视为障碍,随着转换效率的定义变得模糊。动态电容器和消极的电容器也可以商业化如果铁电半导体制造过程继续进步。

也许最受欢迎的铁电装置,是目前铁电随机存取存储器(弗拉姆号)。这些设备有一个相对简单的结构,使用铁电半导体在CMOS工艺。在这种类型的设备,铁电材料作为介质隔离层放置在一个固定在底座上NPN型晶体管结构。一点可以存储为铁电极化。此外,在铁电磁滞确保不会丢失,除非一个足够大的应用领域在字行扭转或明显的两极分化。