弛豫铁电体因其卓越的介电和压电特性,在传感器、光电器件、高密度存储器、类脑计算等领域展现出广泛的应用潜力。然而,纳米尺度超薄膜的弛豫特性研究受到严重漏电流的限制,基于Sawyer-Tower电路和Positive-Up-Negative-Down(PUND)脉冲...弛豫铁电体因其卓越的介电和压电特性,在传感器、光电器件、高密度存储器、类脑计算等领域展现出广泛的应用潜力。然而,纳米尺度超薄膜的弛豫特性研究受到严重漏电流的限制,基于Sawyer-Tower电路和Positive-Up-Negative-Down(PUND)脉冲波形的测试方法存在显著挑战。本研究提出了一种基于压电力显微镜(Piezoresponse Force Microscopy, PFM)的测试方法,来研究纳米尺度弛豫薄膜的极化特性。以Pb(Mg,Nb)O_(3)-PbTiO_(3)(PMN-PT)超薄膜为例,比较了不同厚度的PMN-PT弛豫薄膜与铁电Pb(Zr,Ti)O_(3)(PZT)薄膜在双频追踪PFM(DART-PFM)测量中On-field和Off-field两种模式下的极化回滞行为。通过调节PFM回线测量中的用于极化读出的交流信号电压振幅,系统表征了纳米厚度PMN-PT薄膜的弛豫特性。进一步对不同面内应变和厚度的PMN-PT超薄膜进行PFM测试,发现在较大压缩应变(3.19%)下,弛豫特性被抑制,表现出显著的铁电特性,并观测到铁电-弛豫转变的临界厚度。这些实验结果验证了所提出测试方法的有效性。本研究不仅为超薄膜弛豫特性的探索提供了一种新的表征方法,也为理解铁电材料的弛豫极化行为奠定了基础,推动了弛豫铁电材料在低维电子学器件中的应用。展开更多
文摘弛豫铁电体因其卓越的介电和压电特性,在传感器、光电器件、高密度存储器、类脑计算等领域展现出广泛的应用潜力。然而,纳米尺度超薄膜的弛豫特性研究受到严重漏电流的限制,基于Sawyer-Tower电路和Positive-Up-Negative-Down(PUND)脉冲波形的测试方法存在显著挑战。本研究提出了一种基于压电力显微镜(Piezoresponse Force Microscopy, PFM)的测试方法,来研究纳米尺度弛豫薄膜的极化特性。以Pb(Mg,Nb)O_(3)-PbTiO_(3)(PMN-PT)超薄膜为例,比较了不同厚度的PMN-PT弛豫薄膜与铁电Pb(Zr,Ti)O_(3)(PZT)薄膜在双频追踪PFM(DART-PFM)测量中On-field和Off-field两种模式下的极化回滞行为。通过调节PFM回线测量中的用于极化读出的交流信号电压振幅,系统表征了纳米厚度PMN-PT薄膜的弛豫特性。进一步对不同面内应变和厚度的PMN-PT超薄膜进行PFM测试,发现在较大压缩应变(3.19%)下,弛豫特性被抑制,表现出显著的铁电特性,并观测到铁电-弛豫转变的临界厚度。这些实验结果验证了所提出测试方法的有效性。本研究不仅为超薄膜弛豫特性的探索提供了一种新的表征方法,也为理解铁电材料的弛豫极化行为奠定了基础,推动了弛豫铁电材料在低维电子学器件中的应用。
