文 献 综 述
- 研究背景及意义
铁电材料是指具有铁电效应的一类材料，它是热释电材料的一个分支。铁电材料及其应用研究已成为凝聚态物理、固体电子学领域最热门的研究课题之一。晶体，其原因在于他们具有相当优异的性能。许多电光晶体、压电材料就是铁电晶体。铁电晶体无论在技术上或理论上都具有重要的意义。
早在远古时期，人们就知道某些物质具有与温度有关的自发电偶极距，因为它们被加热时具有吸引其它轻小物体的能力。1824 年Brewster观察到许多矿石具有热释电性。1880 年约·居里和皮·居里发现当对样品施加应力时出现电极化的现象。但是，早期发现的热释电体没有一个是铁电体。在未经处理的铁电单晶中，电畴的极化方向是杂乱的，晶体的净极化为零，热释电响应和压电响应也十分微小，这就是铁电体很晚才被发现的主要原因。
1920年，法国科学家Valasek发现酒石酸钾钠（NaKC4H4O6·4H2O）具有特异的介电性能，首次提出了铁电性的概念。在1935年Busch发现了磷酸二氢钾KH2PO4———简称KDP，其相对介电常数高达30，远远高于当时的其它材料。1940年之后，以BaTiO3为代表的具有钙钛矿结构的铁电材料陆续被发现，这是铁电历史上里程碑式的时期。
直至20世纪80年代，随着铁电唯象理论和软膜理论的逐渐完善，铁电晶体物理内涵的研究趋于稳定。20 世纪80年代中期，薄膜制备技术的突破为制备高质量的铁电薄膜扫清了障碍，并且近年来随着对器件微型化、功能集成化、可靠性等要求的不断提高，传统的铁电块体由于尺寸限制已经不能满足微电子器件的要求。铁电器件在向薄膜尺寸量级过渡的同时又与半导体工艺结合，研究者们迎来了集成铁电体的时代。
- 铁电体
铁电体是指具有铁电性的材料。铁电体在压电、介电热释电和电致伸缩等方面有许多应用。具有铁电性的材料种类很多，有单晶、多晶、无机和有机等。钛酸钡、钛酸铅、铌酸钾等是典型的铁电体。
某些晶体在一定的温度范围内具有自发极化，而且其自发极化方向可以因外电场方向的反向而反向，晶体的这种性质称为铁电性，具有铁电性的晶体称为铁电体。它之所以称为铁电体，是因为它与铁磁体在许多物理性质上有一一对应之处，如电滞回线对应磁滞回线，电畴对应磁畴，顺电-铁电相变对应顺磁-铁磁相变、电矩对应磁矩等等，而并非晶体中一定含有“铁”。至于一种晶体是否是铁电体，我们并不能根据其内部结构的对称性来预测，只能通过实验来测定。铁电体的重要特征之一是具有电滞回线，电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据，电滞回线就是铁电材料极化强度P和电场强度E在交变外加电场的作用下的关系曲线。当电场由负向正增加时，P先是保持小于0的，直到E大于Ec（矫顽电场）时，P才开始大于0，电场进一步增强时，P逐渐趋于饱和，说明晶体极化方向基本趋于同向。当电场由正向负变化时，P则是先始终大于0，直到E小于-Ec时，P才小于0。Pm是最大极化强度，Pr是剩余极化强度，它表示在外加电场撤去后，铁电体依然能保留多少极化强度。
图1 铁电体电滞回线
- MSM、MFM、MFSM结构
MSM即金属-半导体-金属结构，MFM即金属-铁电-金属结构，MFSM即金属-铁电-半导体-金属结构，它们结构上与MOS结构有点类似，基本结构有两种：共面型和垂直型。其中共面型为电极处于同一平面，垂直型为金属电极不在同一平面，在薄膜的两侧把薄膜夹在中间。
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