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铁电材料的器件与应用

2022-03-21 16:11:52

铁电材料的电学性能以及同时具有多种功能,致使其具有广阔的应用前景。其与纳米技术、半导体技术相结合,基于集成铁电材料电子元件有着集成度高、能耗小、响应速度快等众多优点;同时铁电材料在光催化、能量转换领域具有广阔的应用价值。

1.电子元器件与信息存储

基于铁电体电滞现象的剩余极化原理,以及施加正反电场而产生的正反极化现象,可以实现二进制数字系统中的0和1两种状态,因此可以实现计算机系统的信息存储功能。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。目前铁电材料的主要研究热点方向是薄膜铁电材料。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,制备集成铁电材料电子器件。

铁电材料厂家提醒您基于电容器型的铁电存储器件(FeRAM)已经实现产品化,作为下一代新型存储技术,其具有超快的存储速度、极低的工作电压,以及优异的反复存储能力等诸多优点。基于铁电场效应晶体管(FeFET)的存储器件是未来储存器件的主要发展方向。其将具有基于电容器型存储器的优点外,还具有低功耗、集成度更高等优点。

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2.电卡制冷

利用铁电体材料中的大电卡效应可以制造固态制冷器件。制冷在现代生活中日益重要,从食物冷藏到医学细胞、器官冷藏,再到日常生活中的空调,都离不开制冷技术。传统的压缩机制冷功耗大,同时还有可能产生污染,破坏大气层,因此开发出新的制冷技术具有重要意义。在上述电卡效应原理中,可以得知电卡效应制冷的机理为通过铁电体材料电场的转变使得材料的熵发生改变,从而引起材料自身或者环境温度的改变。据相关研究,铁电聚合物具有较大的电卡效应。随着不断深入研究,电卡器件终会向实用器件转化。

3.光催化

光催化作为新一代环境污染以及水分解处理技术,受到了广泛关注。因为铁电材料中自发极化有望解决催化反应过程中的电子-空穴对复合问题,进而提高光催化活性,所以成为新兴的光催化材料。

铁电材料被光激发后,其内部会产生光生电子-空穴对。一般的光催化材料会面临电子-空穴对复合的问题。但是在铁电材料中,电子-空穴对会在其自发极化驱动下进行分离,并能迁移至催化剂表面,从而能够减小在此过程中的电子-空穴对的复合率.。光生空穴和电子分别具有氧化、还原性,可分别与吸附在催化剂表面的物质发生氧化还原反应,进行能量交换,发生后续反应。

铁电材料是指在一定温度范围内具有自发极化,且极化方向能被外加电场改变的材料。同时具有多种功能,具有良好的电学性质,致使其具有广阔的应用前景。其与纳米技术、半导体技术相结合,基于集成铁电材料电子元件有着集成度高、能耗小、响应速度快等众多优点;同时铁电材料在新兴的光催化领域,能量转换与存储领域具有广阔的应用前景。


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