研究人员首次揭示铁电疲劳

15-04-2021 |   |  By 罗宾米切尔

悉尼大学的研究人员直接观察到铁电疲劳性质。什么是铁电疲劳,为什么发现重要,以及如何帮助未来的电子设计?

什么是铁电材料?

铁电材料是可以改变电极极化的铁电材料 使用外部电场。了解铁电材料如何工作的最佳方法是将它们与铁磁材料进行比较,因为这些产品以非常相似的方式运行。

铁磁材料是一种在其中,材料的磁偶极块可以被偏振以使用外部磁场产生永磁体。在铁电材料的情况下,电偶极子是分离和偏振的而不是磁性偶极子。 

要查看该属性如何影响电气特性,我们可以看一张铁电电容器,该电容器是FRAM中的存储部件。如果使用使用铁电介质的电容器被充电,则电介质将正极和负电荷分开以产生极化。然而,虽然电容器上的电荷随着时间的推移减少,但介质中的偏振仍然存在。如果电容器以后充电,则需要更多的电流来翻转偏振状态。这就是FRAM如何检测到铁电电容上的存储位,但读取这些位的行为是破坏性的(如DRAM的情况如此)。然而, Fram的优势 是,因为极化是永久性的(虽然可逆),它可以用于拆下电源即使拆下的数据。


研究人员观察铁电疲劳

铁电材料用于各种组件,范围从记忆到传感器,但是铁电材料在使用时患有疲劳。简单地说,越来越多的电荷循环铁电材料经历,材料变得越少。与闪存一样,由于这种效果,FRAM具有有限数量的读/写周期。每个读取访问都需要待销毁并重写位,并且每个写入都会导致材料部分分解。

在一定程度上,铁电疲劳将在全球范围内贡献电子废物作为使用该技术的设备只能运行这么长时间。对于延长铁电材料寿命的研究人员来说,他们需要了解细分的确切原因,以及为什么会发生这种情况。直到最近,损害的确切性质没有完全确定或观察,但由于悉尼大学的研究人员,这已经改变了。

了解铁电疲劳如何发生, 研究人员在一块专门制造的铁电材料上使用了电子显微镜 观察材料如何随着每个极化反转而变化。在130次循环之后,研究人员确定了具有每个偏振循环的大小的材料中的小区域,并且这些区域无法保持电极化。 

具体而言,研究人员表示,畴壁的电荷累积是对电场不太响应的C域的引起。在这种情况下, 领域墙壁 请参阅材料改变极化变化180度(实质上,两个相对偏振区域之间的边界)的区域。

电子显微镜图像显示了行动中的劣化。

信誉:悉尼大学

这项研究如何帮助未来?

虽然研究人员没有提出一种防止铁电疲劳造成的损害的方法,但只需成像的行动就是提供了具有丰富数据和想法的材料科学家。因此,材料科学家概述了解防止铁电材料损坏的方法,使得使用该技术的未来部件可以持续更长时间。

防止铁电疲劳的能力对电子行业产生严重影响。虽然铁电材料在电子世界中并不完全普遍,但它们可以为半导体行业提供不需要刷新周期的下一代存储器,即使在移除电源时也会保持其数据。还据说这些材料允许纳米晶体管利用电子隧道(这是目前晶体管的问题)。 

无论哪种方式,铁电材料在行业中发挥着重要作用,并识别他们失败的原因可能导致世界上更可靠的电子产品。 

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罗宾米切尔

罗宾米切尔 是一名电子工程师,自13岁以来一直参与电子产品。在Warwick大学完成Beng之后,Robin迁入了在线内容创作开发文章,新闻棋子和专业人士和制造商的项目领域一样。目前,Robin运行了一个小型电子商务,Mitchelectronics,它会产生教育套件和资源。

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