Сегнетоэлектрический конденсатор

Ферроэлектрический конденсатор — это конденсатор на основе сегнетоэлектрического материала. В отличие от него, традиционные конденсаторы основаны на диэлектрических материалах. Ферроэлектрические устройства используются в цифровой электронике как часть сегнетоэлектрической оперативной памяти или в аналоговой электронике как настраиваемые конденсаторы (варикапы).

Схема сегнетоэлектрического конденсатора

В приложениях памяти сохраненное значение сегнетоэлектрического конденсатора считывается путем приложения электрического поля . Измеряется величина заряда , необходимая для переключения ячейки памяти в противоположное состояние, и выявляется предыдущее состояние ячейки. Это означает, что операция чтения разрушает состояние ячейки памяти и должна сопровождаться соответствующей операцией записи, чтобы записать бит обратно. Это делает ее похожей на (ныне устаревшую) память на ферритовых сердечниках . Требование цикла записи для каждого цикла чтения вместе с высоким, но не бесконечным пределом цикла записи является потенциальной проблемой для некоторых специальных приложений.

Теория

В короткозамкнутом сегнетоэлектрическом конденсаторе со структурой металл-сегнетоэлектрик-металл (MFM) на границе раздела металл-сегнетоэлектрик формируется распределение экранирующих зарядов, чтобы экранировать электрическое смещение сегнетоэлектрика. Из-за этих экранирующих зарядов возникает падение напряжения на сегнетоэлектрическом конденсаторе с экранированием в электродном слое, которое можно получить с помощью подхода Томаса-Ферми следующим образом: ^[1]

${\displaystyle V=E_{f}d+E_{e}\left(2\lambda \right)}$

Здесь — толщина пленки, — электрические поля в пленке и электроде на границе раздела, — спонтанная поляризация, , а & — диэлектрические проницаемости пленки и металлического электрода. ${\displaystyle d}$ ${\displaystyle E_{f}={\frac {V+8\pi P_{s}a}{d+\epsilon _{f}\left(2a\right)}}}$ ${\displaystyle E_{e}={\frac {\epsilon _{f}}{\epsilon _{e}}}E_{f}-{\frac {4\pi }{\epsilon _{e}}}P_{s}}$ ${\displaystyle P_{s}}$ ${\displaystyle a={\frac {\lambda }{\epsilon _{e}}}}$ ${\displaystyle \epsilon _{f}}$ ${\displaystyle \epsilon _{e}}$

При использовании идеальных электродов или для толстых пленок уравнение сводится к следующему: ${\displaystyle \lambda =0}$ ${\displaystyle d\gg a}$

${\displaystyle V=E_{f}d\Rightarrow E_{f}={\frac {V}{d}}}$

Смотрите также

• Сегнетоэлектричество
• Ферроэлектрическая оперативная память

Внешние ссылки

• Учебное пособие по FeRAM

Ссылки

1. Доубер и др. (2003). «Поправки на деполяризацию коэрцитивного поля в тонкопленочных сегнетоэлектриках». J Phys Condens Matter . 15 (24): 393. doi :10.1088/0953-8984/15/24/106. S2CID  250818321.