鐵電材料的發展

鐵電體早在 20世紀 40年代就引起物理學界和材料學界的關注 , 但由于大塊鐵電晶體材料不易薄膜化,與半導體和金屬不相兼容 ,使其未能在材料和信息領域扮演重要角色。隨著薄膜制備技術的發展,克服了制備高質量鐵電薄膜的技術障礙 ,特別是能在不同襯底材料上沉積高質量的外延或擇優取向的薄膜,使鐵電薄膜技術和半導體技術的兼容成為可能 。由于人工鐵電材料種類的不斷擴大,特別是鐵電薄膜制備技術和微電子集成技術的長足發展, 以及光電子和傳感器等相關技術的發展 , 也對鐵電材料提出了小型化 、集成化等高的要求。正是在這樣的研究背景下, 傳統的半導體材料和陶瓷材料結合而形成交叉學科 —集成鐵電學 (IntegratedFerroelectrics)出現了, 并由此使鐵電材料及其熱釋電器件的研究和開發呈現 2個特點 :①是由體材料組成的器件向薄膜器件過渡;②是由分立器件向集成化器件發展。正是在這種集成化器件中鐵電薄膜已經成為硅或砷化鎵集成電路的重要組成部分。并且集成鐵電學已經成為鐵電學研究中活躍的領域 ,如集成鐵電電子器件, 基于鐵電薄膜的集成光電子學器件 、集成光學器件 、紅外探測器、集成光波導和開關以及鐵電薄膜超晶格的研究應用等已取得了很大進展。鐵電薄膜材料還被廣泛用于非易失性存儲器、動感隨機存儲器 、薄膜電容器、紅外探測器、介電熱輻射測量計 、相存儲器和光學傳感器等等。復合成的集成器件或微小器件廣泛地應用于軍事、航空航天、原子核工業和其它輻射環境中使用的新一代計算機等很多領域。    在過去近幾十年的時間里 ,鐵電薄膜的制備技術發展很快 ,應用廣泛的有濺射法、溶膠 -凝膠法、激光分子束外延法、脈沖激光沉積法。從化學氣相沉積法到磁控或射頻濺射沉積法和溶膠 -凝膠法都為制備好的鐵電薄膜做了深入的探索 。其中溶膠 -凝膠法因設備簡單 、成分易控制而倍受重視 。現在, 用這種方法已制備出了 PZT[ Pb(Zr, Ti)O3 ] 、PZT(PbZrTiO3 )、BST[ (Ba, Sr)TiO3 ] 、PLZT[ (Pb, La)(Zr, Ti)O3 ] 和 PST[ Pb(Sc, Ta)O3 ]等多種薄膜,其中很多具有良好的介電性及熱釋電性。