本書(shū)聚焦于鐵電材料納米尺度電疇調(diào)控及其溫度敏感機(jī)理分析，將鐵電薄膜生長(zhǎng)優(yōu)化與壓電力顯微鏡納米探針極化調(diào)控技術(shù)相結(jié)合，詳細(xì)探討了鐵酸鉍薄膜與鈮酸鋰單晶薄膜百納米量級(jí)電疇反轉(zhuǎn)調(diào)控規(guī)律，揭示了不同極化調(diào)控作用下鐵電電疇動(dòng)態(tài)機(jī)制，研究了不同極化取向之間的疇壁導(dǎo)電效應(yīng)及溫度敏感機(jī)理。
本書(shū)可以作為從事電子信息功能材料及器件研究，尤其是從事鐵電材料研究人員的參考書(shū)，也可以作為高等學(xué)校、科研院所高年級(jí)本科生和研究生的教學(xué)、科研用書(shū)。

喬驍駿，現(xiàn)為中北大學(xué)講師，博士畢業(yè)于中北大學(xué)儀器科學(xué)與技術(shù)（A類(lèi)）專(zhuān)業(yè)，主持并參與山西省自然科學(xué)基金、國(guó)家自然基金面上項(xiàng)目2項(xiàng)、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃1項(xiàng)、GF基礎(chǔ)科研項(xiàng)目1項(xiàng)。長(zhǎng)期專(zhuān)注于鐵電材料的納米尺度性能調(diào)控與器件設(shè)計(jì)研究，目前已在Science China Materials，IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS，Journal of Materials Chemistry C等知名期刊發(fā)表SCI論文30余篇，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利8項(xiàng)，授權(quán)7項(xiàng)。

隨著空間技術(shù)的蓬勃發(fā)展，輻照環(huán)境下高精度傳感測(cè)試需求不斷提升。同時(shí)，電子測(cè)試系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展離不開(kāi)納米尺度基礎(chǔ)功能單元的研究，開(kāi)展微觀尺度下功能材料的性能研究，對(duì)拓展器件應(yīng)用具有重要的意義。鐵電薄膜良好的自發(fā)極化及翻轉(zhuǎn)特性免疫于空間輻照環(huán)境，在空間環(huán)境中電疇形態(tài)得以穩(wěn)定保持，為基于鐵電器件的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。特別地，基于導(dǎo)電疇壁附近的載流子聚集響應(yīng)，加工納米尺度的疇壁單元穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高精度溫度傳感測(cè)試。然而，目前商用極化多采用油浴極化塊狀鐵電體，無(wú)法實(shí)現(xiàn)極化的高效、快速、精準(zhǔn)調(diào)控，且基于傳統(tǒng)材料微加工設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不利于半導(dǎo)體器件的小型化和集成化。因此，探索鐵電薄膜高質(zhì)量可控制備，設(shè)計(jì)高效的極化調(diào)控方式，從而實(shí)現(xiàn)鐵電薄膜的精準(zhǔn)調(diào)控和高溫環(huán)境下穩(wěn)定性調(diào)控，為輻照環(huán)境下傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)提供了新思路和新途徑。 本書(shū)聚焦于鐵電材料納米尺度電疇調(diào)控及其溫度敏感機(jī)理分析，可以作為從事電子信息功能材料及器件研究工具書(shū)，尤其是從事鐵電材料研究人員的參考書(shū)，也可以作為高等學(xué)校、科研院所高年級(jí)本科生和研究生的教學(xué)、科研用書(shū)。

空間技術(shù)和航空航天的飛速發(fā)展，對(duì)空間測(cè)試傳感系統(tǒng)提出了更高的要求，太空輻照環(huán)境下高精度傳感檢測(cè)核心技術(shù)面臨巨大的挑戰(zhàn)。鐵電薄膜具有穩(wěn)定的自發(fā)極化狀態(tài)，同時(shí)在輻照環(huán)境中表現(xiàn)出穩(wěn)定的抗輻照特性。近年來(lái)，以壓電力顯微鏡作為核心手段實(shí)現(xiàn)鐵電薄膜納米尺度調(diào)控，在半導(dǎo)體技術(shù)與集成電路、航空與航天探測(cè)等多學(xué)科交叉領(lǐng)域獲得了多國(guó)科研工作者的密切關(guān)注。利用壓電力顯微鏡研究鐵電薄膜主要包括電疇及疇壁導(dǎo)電性調(diào)控，然而，環(huán)境溫度影響電疇的疲勞穩(wěn)定性，限制了器件化應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，電疇結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)調(diào)控是首要問(wèn)題，探索穩(wěn)定的電疇調(diào)控方式迫在眉睫。電疇結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及電疇動(dòng)力學(xué)過(guò)程尚且模糊，且鐵電薄膜內(nèi)部存在退極化電場(chǎng)，與極化電荷及外部激勵(lì)共同作用的屏蔽機(jī)制復(fù)雜，影響電疇的穩(wěn)定性。因此探索電疇調(diào)控手段和疇壁穩(wěn)定性是促進(jìn)鐵電薄膜走向器件應(yīng)用的必要條件。本書(shū)圍繞抗輻照鐵電疇壁溫度傳感設(shè)計(jì)展開(kāi)研究，構(gòu)建電疇極化翻轉(zhuǎn)理論模型，結(jié)合朗道自由能理論闡釋電疇翻轉(zhuǎn)過(guò)程中的能量勢(shì)壘，探索電疇結(jié)構(gòu)演化規(guī)律，闡明退極化場(chǎng)與環(huán)境溫度共同作用下電疇調(diào)控機(jī)制；基于針尖極化電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)鈮酸鋰和鐵酸鉍鐵電薄膜電疇精準(zhǔn)調(diào)控，進(jìn)而分析疇壁附近電荷分布和疇壁電流的溫度敏感特性，驗(yàn)證疇壁導(dǎo)電作為溫度傳感器件核心單元的可行性，奠定了鐵電薄膜在輻照環(huán)境下高精度傳感的應(yīng)用前景。全書(shū)具體內(nèi)容如下：
① 優(yōu)化薄膜生長(zhǎng)方式，獲得抗輻照鐵酸鉍薄膜和鈮酸鋰單晶薄膜，通過(guò)壓電力顯微鏡成像與晶相結(jié)構(gòu)分析，可以看到鐵酸鉍與鈮酸鋰薄膜具有納米量級(jí)表面粗糙度以及良好的結(jié)晶取向，制備三明治結(jié)構(gòu)的鐵酸鉍電容元件，為后續(xù)電流傳感功能驗(yàn)證奠定基礎(chǔ)。
② 利用壓電力顯微鏡調(diào)控外延鐵酸鉍薄膜實(shí)現(xiàn)電疇可控翻轉(zhuǎn)，通過(guò)樣品旋轉(zhuǎn)表征面內(nèi)外電疇極化結(jié)構(gòu)，定性分析內(nèi)部電疇分布規(guī)律。利用導(dǎo)電探針施加極化電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電疇動(dòng)力學(xué)調(diào)控，翻轉(zhuǎn)電疇的穩(wěn)定性滿(mǎn)足吉布斯自由能理論，探針極化引起面內(nèi)電場(chǎng)分量促進(jìn)了面內(nèi)電疇翻轉(zhuǎn)，且能夠在高溫和長(zhǎng)時(shí)間作用下保持穩(wěn)定。對(duì)導(dǎo)電基底上的鐵酸鉍薄膜進(jìn)行針尖電場(chǎng)極化，研究表明當(dāng)外加激勵(lì)超過(guò)矯頑電場(chǎng)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)面內(nèi)和面外電疇同時(shí)翻轉(zhuǎn)，即鐵酸鉍電疇發(fā)生180°翻轉(zhuǎn)，且翻轉(zhuǎn)電疇在高溫下保持穩(wěn)定。
在此基礎(chǔ)上利用壓電力顯微鏡調(diào)控鈮酸鋰單晶薄膜的電疇動(dòng)力學(xué)過(guò)程，通過(guò)針尖脈沖極化方式在700nm 的鈮酸鋰薄膜上實(shí)現(xiàn)貫穿式點(diǎn)陣列電疇，系統(tǒng)分析電場(chǎng)幅值和極化時(shí)間對(duì)電疇動(dòng)力學(xué)的影響機(jī)制，探索穩(wěn)定可靠的電疇極化參數(shù)，形成的穩(wěn)態(tài)電疇能穩(wěn)定保持30 天以上且無(wú)明顯的退極化，而施加反向電場(chǎng)則能夠輕松將翻轉(zhuǎn)電疇初始化為原生狀態(tài)，同時(shí)翻轉(zhuǎn)電疇具有良好的抗輻照特性，驗(yàn)證了電疇翻轉(zhuǎn)作為抗輻照功能單元的可靠性與穩(wěn)定性。
③ 利用導(dǎo)電力顯微鏡實(shí)現(xiàn)了納米尺度下疇壁附近導(dǎo)電載流子表征與調(diào)控，探究電場(chǎng)影響下單點(diǎn)的疇壁導(dǎo)電特性?；阼F酸鉍薄膜180°電疇穩(wěn)定翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)疇壁良好的導(dǎo)電特性（pA～ nA 量級(jí)），該導(dǎo)電特性明顯高于電疇內(nèi)部區(qū)域；利用針尖電場(chǎng)對(duì)鈮酸鋰薄膜進(jìn)行密集點(diǎn)陣列極化，形成的疇壁處也表現(xiàn)出明顯提升的導(dǎo)電性。通過(guò)分析電場(chǎng)加載下疇壁導(dǎo)電性變化可知，疇壁導(dǎo)電具有明顯的電壓調(diào)制及整流特性，結(jié)合溫度作用下疇壁電流規(guī)律可知，在特定溫度區(qū)間內(nèi)具有高精度傳感優(yōu)勢(shì)。
本書(shū)由喬驍駿、耿文平、丑修建編寫(xiě)，第1、3～5 章由喬驍駿編寫(xiě)，第2 章由耿文平和丑修建編寫(xiě)，喬驍駿負(fù)責(zé)全書(shū)的統(tǒng)稿工作。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中參考了大量文獻(xiàn)，在此謹(jǐn)向相關(guān)作者表示感謝！
因筆者水平所限，書(shū)中不足之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

著者

第1章 緒論001
1.1　鐵電電疇調(diào)控及傳感的發(fā)展現(xiàn)狀002
1.2　空間輻照及傳感004
1.2.1　空間輻照環(huán)境004
1.2.2　鐵電薄膜抗輻照005
1.3　電疇工程在鐵電器件中的應(yīng)用006
1.4　疇壁調(diào)控及界面?zhèn)鬏?16
1.5　本書(shū)主要內(nèi)容與意義024
1.5.1　本書(shū)主要內(nèi)容024
1.5.2　意義025
參考文獻(xiàn)026

第2章 鐵電抗輻照傳感器理論036
2.1　鐵電抗輻照機(jī)理驗(yàn)證037
2.2　電疇調(diào)控及疇壁導(dǎo)電038
2.3　抗輻照溫度傳感設(shè)計(jì)047
本章小結(jié)049
參考文獻(xiàn)049

第3章 抗輻照鐵電薄膜制備與表征051
3.1　鐵酸鉍外延鐵電薄膜制備與表征052
3.1.1　脈沖激光系統(tǒng)與薄膜沉積052
3.1.2　鐵酸鉍功能薄膜表征055
3.2　鈮酸鋰鐵電單晶薄膜制備與表征059
3.2.1　離子注入與鐵電單晶薄膜制備059
3.2.2　鈮酸鋰鐵電單晶表征060
3.3　鐵電電疇極化與表征061
3.4　鐵電疇壁導(dǎo)電性表征064
本章小結(jié)065
參考文獻(xiàn)065

第4章 基于針尖極化的鐵電電疇調(diào)控067
4.1　鐵酸鉍鐵電薄膜壓電性表征068
4.2　鐵酸鉍鐵電薄膜鐵電疇調(diào)控075
4.2.1　鐵酸鉍鐵電薄膜電疇表征075
4.2.2　外場(chǎng)作用下鐵酸鉍電疇精準(zhǔn)調(diào)控082
4.3　單晶鈮酸鋰鐵電薄膜壓電性表征094
4.4　鐵電單晶鈮酸鋰薄膜電疇調(diào)控096
4.4.1　鈮酸鋰鐵電薄膜電疇表征096
4.4.2　鈮酸鋰薄膜電疇納米量級(jí)精準(zhǔn)調(diào)控105
4.4.3　鈮酸鋰薄膜電疇翻轉(zhuǎn)抗輻照111
本章小結(jié)113
參考文獻(xiàn)114

第5章 基于導(dǎo)電疇壁的溫度傳感器件119
5.1　疇壁界面導(dǎo)電特性121
5.2　基于疇壁的溫度傳感功能驗(yàn)證134
5.3　基于疇壁導(dǎo)電的溫度傳感器件研究137
本章小結(jié)145
參考文獻(xiàn)146