收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

位错对钛酸钡铁电薄膜性能影响的研究

赵晓光  
【摘要】:外延生长的铁电薄膜由于晶格与衬底的失配会形成位错,产成不均匀的应变场,而铁电材料强烈的力电耦合会使得位错严重影响薄膜的性质。本文采用基于第一性原理的分子动力学方法,分别模拟无位错以及有位错的钛酸钡铁电薄膜,计算了薄膜的局域极化分布。通过在原子尺度上对位错的影响进行定量分析,不仅验证了基于热力学理论模拟的结果,也为今后铁电薄膜位错的微观理论提供可靠的依据。 本文简述了分子动力学方法在研究铁电问题中的合理性和优越性。详细讨论了分子动力学模拟的基本原理,及其统计力学依据,并且介绍了分子动力学模拟中所运用的技术方法,总结了分子动力学模拟的基本流程。 在此基础上,本文利用基于第一性原理核壳模型的分子动力学方法,对钛酸钡块体材料的铁电相变进行了模拟再现,并将相变温度、晶格常数、自发极化强度等物理量的模拟结果与实验值进行对比分析。通过该部分的研究说明分子动力学可以用来研究钛酸钡铁电材料。 考虑到所模拟的是纳尺度材料中的位错,而纳尺度的铁电材料由于表面和界面的存在,以及自身强烈的力电耦合,其性能与块体材料有很大差异,所以本文研究了钛酸钡薄膜的尺寸效应和均匀应变对薄膜性能的影响。分别模拟不同厚度和不同应变下的薄膜,得出了钛酸钡薄膜的180度电畴,并研究了薄膜的电滞回线。分析得出薄膜的临界尺度是2.8nm,这与热力学计算结果(2.6nm)相近;薄膜越厚,压应变越大,极化强度也越大,电滞回线面积也越大,这可以解释实验中铁电矫顽场与厚度和应变的关系。 以外延生长在钛酸锶基底上的钛酸钡薄膜为对象,研究失配位错对钛酸钡薄膜晶胞极化分布的影响,计算沿薄膜厚度方向(z方向)的局域极化状态分布,并与无位错的薄膜进行对比,发现有位错的薄膜在面外方向会形成极化梯度;z方向单晶胞序列的平均极化明显低于无位错的薄膜,这说明位错的存在会降低薄膜的极化性能;同时对不同厚度的薄膜进行了模拟,得出了所加位错的影响范围为10nm,这与热力学计算结果(12nm)相近;最后研究了位错密度对薄膜极化性能的影响,发现位错密度越大,薄膜的晶胞自发极化强度沿z方向降低速度越大,铁电“死层”(即没有自发极化强度)的层数也越多。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB383.2

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 肖定全;铁电薄膜研究中的几个重要问题[J];功能材料;2003年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杜宏伟;魏昕;林悦香;潘志国;江景涛;;LiTaO_3晶片CMP过程的化学去除机理研究[J];半导体技术;2008年03期
2 郭冬云,王耘波,付承菊,于军;MEMS器件中的铁电材料[J];微纳电子技术;2004年03期
3 刘建华,孙杰,李松梅,陈冬梅;不同形貌氧化锌的微波电磁性能研究[J];北京航空航天大学学报;2004年09期
4 刘兆龙;胡海云;范天佑;;磁致塑性的位错机理[J];北京理工大学学报;2007年02期
5 杨孝龙,黄运添;高频气体放电等离子体处理对铁电体材料改性的影响[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);1998年04期
6 王卫林,丘翠环,熊正烨,李智强;铁电粉粒的介电测量[J];江西师范大学学报(自然科学版);2001年03期
7 米晓云;张丽;;改性PZT陶瓷的电学性能研究[J];长春理工大学学报;2006年04期
8 鄢国强,来旭春,周海丽;PbMn_(1/2)Nb_(1/2)O_3粉体的制备及表征[J];材料导报;1999年05期
9 唐波;陈秀丽;刘来君;樊慧庆;;电泳沉积技术制备铁电陶瓷薄膜的研究进展[J];材料导报;2005年01期
10 刘立英;侯育冬;朱满康;王波;严辉;;(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3基弛豫铁电体相变的研究进展[J];材料导报;2005年08期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 田晓宝;杨新华;操卫忠;;不同应变率条件下铁电体180°畴结构的力学行为模拟[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年
2 朱杰;骆亚娟;孙大志;朱玉丹;金雪琴;;梯度钛酸锶钡(Ba_xSr_(1-x)TiO_3)材料性能的研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(2)[C];2007年
3 翟学良;韩亚楠;申玉双;;Pb_(1-x)Ca_xTiO_3薄膜制备与微观形态表征[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(2)[C];2007年
4 刘高旻;谢庆海;刘艺;王海晏;贺红亮;;PZT 95/5陶瓷FE→AFE相变区冲击放电规律研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
5 董树荣;王德苗;金浩;;微扰和标定技术测量薄膜微波介电常数[A];全国薄膜技术学术研讨会论文集[C];2006年
6 江勤;姜胜林;张海波;杨智兵;钟南海;;非制冷红外探测器用热释电材料的研究进展[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(E 光电子器件技术专题)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王希花;基于压电陶瓷迟滞非线性建模及控制系统的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张光祖;钛酸锶钡场致效应及热释电特性研究[D];华中科技大学;2010年
3 吴云良;扫描近场光学显微镜若干关键技术研究[D];中国科学技术大学;2010年
4 柯常波;NiTi形状记忆合金中Ni_4Ti_3相沉淀行为的相场法模拟研究[D];华南理工大学;2010年
5 康慧珍;光折变表面波激发及其在二次谐波产生中的应用研究[D];南开大学;2010年
6 曾慧中;铁电/AlGaN/GaN半导体异质薄膜的界面表征研究[D];电子科技大学;2010年
7 尚杰;铁电氧化物薄膜的制备及其激光感生电压效应[D];昆明理工大学;2010年
8 朱晓莉;充满型钨青铜铌酸盐陶瓷的结构、介电性能与铁电相变[D];浙江大学;2010年
9 汪川惠;Ba_(1-x)Bi_xTi_(1-y)Mn_yO_3和Bi_(5-x)La_xTi_3Fe_(1-y)Co_yO_(15)多铁陶瓷的磁性、铁电性以及介电性的研究[D];华中科技大学;2011年
10 闻心怡;铁电存储器关键工艺与器件建模研究[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 付浩;基于位错理论的疲劳裂纹扩展特性研究[D];长沙理工大学;2010年
2 殷旺;外场作用下多畴PZT铁电薄膜相变及印记失效分析[D];湘潭大学;2010年
3 侯建伟;电子型铁电体的介电调谐性的研究[D];湘潭大学;2010年
4 王芳;Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)铁电纳米管的制备与表征[D];湘潭大学;2010年
5 项尚;BaTiO_3、SrTiO_3及Ba_(1-x)Sr_xTiO_3纳米材料的制备研究[D];湘潭大学;2010年
6 董广军;铁电薄膜的频率依赖关系研究[D];湘潭大学;2010年
7 张军;铁电薄膜界面效应与尺寸效应的研究[D];湘潭大学;2010年
8 郑德立;镍/铝薄膜拉伸的分子动力学研究[D];湘潭大学;2010年
9 许华玉;有机铁电P(VDF-TrFE)薄膜的制备及铁电性能研究[D];湘潭大学;2010年
10 张燕妮;聚(偏氟乙烯—三氟乙烯)铁电纳米薄膜性能改善的研究[D];华东理工大学;2011年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张林,张彩碚,王元明,王绍青;模拟位错斑图的元胞自动机与分子动力学模型[J];金属学报;2004年06期
2 蒋洋,赵修建,梁开明;AlF_3-CdF_2-PbF_2-LiF玻璃的X射线衍射和分子动力学研究[J];功能材料;1998年03期
3 蒋洋,赵修建,梁开明;CdF_2-BaF_2-LiF系统玻璃的X射线衍射与分子动力学研究[J];无机材料学报;1998年02期
4 罗熙淳,梁迎春,董申;分子动力学在纳米机械加工技术中的应用[J];中国机械工程;1999年06期
5 潘海波,末松久幸,山内尚雄;金红石型氧化物晶体结构与性能的分子动力学研究[J];原子与分子物理学报;2000年01期
6 程东,严立,严志军;失配位错对Cu/Ni多层膜力学性能的影响[J];功能材料;2005年06期
7 魏克成,温浩,周涵,徐未,许志宏;丁二酰亚胺类分散剂在伪烟炱表面吸附行为的分子动力学模拟[J];计算机与应用化学;2005年01期
8 沈海军,史友进;碰撞C_(20)-C_(20)富勒烯分子的聚合与分裂[J];计算机与应用化学;2005年02期
9 韩大雄,杨频;评估石杉碱甲杂合体衍生物作为AD症药物活性顺序的简单方法[J];化学学报;2005年15期
10 夏明珠;雷武;王风云;;水解聚马来酸酐的微观阻垢机理研究[J];计算机与应用化学;2006年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘光勇;;有孔纳米单晶铜薄膜拉伸断裂特性的分子动力学模拟[A];第十二届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2004年
2 曾凡林;孙毅;;纳米压痕实验的准连续介质模拟[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
3 徐然;刘彬;;非平衡态分子系统中温度的计算[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
4 赵亚溥;;纳米尺度表/界面力电耦合的分子动力学/第一原理模拟[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
5 徐爽;郭雅芳;;纳米铜薄膜尺度效应的分子动力学研究[A];北京力学会第15届学术年会论文摘要集[C];2009年
6 郑勇刚;;金属纳米线力学行为的分子动力学研究[A];2010年第四届微纳米海峡两岸科技暨纳微米系统与加工制备中的力学问题研讨会摘要集[C];2010年
7 魏东山;李奕杰;廖琦;金熹高;;分子动力学模拟研究聚合物相图[A];2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2004年
8 陈晓军;黄玮;高小铃;;外电场下PDMS化学键解离的从头算分子动力学计算[A];首届核化学与放射化学青年学术交流会论文摘要集[C];2006年
9 黄光速;王晓安;吴锦荣;郑静;;PIB在Tg以上的分子动力学研究[A];中国化学会第28届学术年会第7分会场摘要集[C];2012年
10 杨俊升;杨传路;王美山;陈保栋;马晓光;;碳纳米管与石墨诱导烷烃分子结晶的分子动力学研究[A];第十六届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 闻过;政府告别越位错位与缺位[N];广州日报;2004年
2 卫祥云;越位缺位错位[N];中华工商时报;2004年
3 郭廷杰;单晶镍基超合金的蠕变性能研究[N];中国冶金报;2007年
4 南京航空航天大学纳米科技中心 郭万林;纳米科学计算模拟方法的发展[N];科技日报;2002年
5 李大庆;玻璃上的水是啥样[N];科技日报;2004年
6 黄湘源;猫鼠对话还得继续[N];上海金融报;2003年
7 王学敏 贺信莱 杨善武 尚成嘉 武会宾;细化中温转变组织的弛豫技术[N];世界金属导报;2004年
8 杨雄飞;面向机制的钢材开发[N];世界金属导报;2007年
9 余晓清;热、冷板横折纹成因及相关性探讨[N];世界金属导报;2008年
10 郭廷杰;日本积极开展纳米级钢铁材料研究[N];世界金属导报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高雪峰;嘧啶核苷磷酸化酶、鳞状上皮细胞癌抗原以及亚甲基四氢叶酸脱氢/水解酶的分子模拟[D];吉林大学;2005年
2 陈冬;二维原子团簇和缺陷团簇的跃迁及扩散行为研究[D];湖南大学;2010年
3 张治国;单晶材料纳米级切削机理的研究[D];天津大学;2009年
4 李之杰;碳团簇沉积类金刚石薄膜机制的分子动力学模拟研究[D];复旦大学;2004年
5 熊大曦;某些热现象的分子动力学研究[D];清华大学;1998年
6 郑采星;液态(943K)Al快速凝固为非晶态过程中微观结构的分子动力学模拟研究[D];湖南大学;2001年
7 程东;Cu/Ni纳米多层膜微观强化机理及微摩擦学特性的分子动力学模拟[D];大连海事大学;2005年
8 陈小燕;纳米通道内流体的分子动力学研究[D];中国科学技术大学;2008年
9 叶翔;纳米体系结构相变及物性的分子动力学模拟[D];复旦大学;2007年
10 郑斌;基于分子动力学的金属纳米颗粒和纳米线的变形行为研究[D];大连理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵晓光;位错对钛酸钡铁电薄膜性能影响的研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
2 朱素华;共阳离子碱金属卤化物熔融盐的分子动力学模拟[D];广西大学;2004年
3 胡应杰;硝化甘油结构与性能的量子化学、分子动力学和分子力学研究[D];南京理工大学;2004年
4 吴晓;高压下AlH_3相变的第一性原理研究[D];华东师范大学;2010年
5 郑德立;镍/铝薄膜拉伸的分子动力学研究[D];湘潭大学;2010年
6 王三跃;褐煤结构的分子动力学模拟及量子化学研究[D];太原理工大学;2004年
7 寇云鹏;单晶硅纳米级切削过程的分子动力学仿真研究[D];燕山大学;2010年
8 肖时芳;Fe、Ni、Zr纳米晶体微观结构与力学性能的分子动力学模拟[D];湖南大学;2004年
9 潘志亮;纳米晶铁和钽在单向拉伸载荷作用下的分子动力学模拟[D];西北工业大学;2006年
10 邱宇;分子动力学结合不同势研究Ir团簇熔化性质[D];新疆大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026