首例單晶鈣鈦礦氮化物鐵電薄膜 FE-5000W綜合鐵電測試系統

首例單晶鈣鈦礦氮化物鐵電薄膜    FE-5000W綜合鐵電測試系統

      近年來，氮化物材料因其優異的化學穩定性、離子-共價混合鍵合特性、多自由度耦合行為以及可調控的能帶結構，在基礎研究與器件應用中展現出巨大潛力。然而，高質量單晶薄膜制備仍是制約其深入研究和實用化的關鍵技術瓶頸。隨著射頻氮離子源輔助的外延技術不斷進步，研究人員已在多種襯底或緩沖層上成功生長出厚度可控、質量優異、界面清晰的氮化物單晶薄膜與異質結構，推動了其在磁性調控、金屬-絕緣體轉變、超導近鄰效應等方向的系統研究。近年來，理論工作預測一系列新型鈣鈦礦氮化物（如LaWN?）具有優異的鐵電或壓電特性，實驗中也初步觀察到其極性結構與壓電響應。然而，已有報道多為微米厚度的非晶或多晶樣品，難以滿足鐵電物理機制研究及微納器件集成的需求。相比之下，低漏電、快響應的高質量單晶薄膜更優勢，但其外延生長在化學計量控制、缺陷抑制及與多類襯底的兼容性等方面仍面臨諸多挑戰。

圖 首次實現具有良好結晶質量和外延特性的單晶鈣鈦礦氮化物鐵電薄膜近日，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心聯合南方科技大學和北京理工大學，首次通過氨氣氮化退火方法，將無定形前驅體晶化為高質量的鈣鈦礦氮化物CeTaN?單晶薄膜，實驗上實現了此前僅理論預測的新型材料。CeTaN?中未充滿4f電子殼層的Ce3?離子可能引入局域偶極與多極矩效應，而Ta–N強共價鍵有助于打破中心對稱性，提高鐵電極化的居里溫度。研究團隊結合非線性光學、壓電力顯微鏡、透射電子顯微鏡與電學測量等多種先進技術，全面驗證了CeTaN?薄膜的極性結構與穩定鐵電性，其室溫剩余極化值可與主流鐵電材料（如Hf???Zr?O?和BaTiO?）媲美。第一性原理計算與實驗數據一致表明，CeTaN?具有相對較窄的帶隙，具備作為鐵電半導體應用于鐵電場效應晶體管和光電探測器等器件的潛力。

FE-5000綜合鐵電測試系統（薄膜+塊體+變溫）

關鍵詞:電滯回線 ,鐵電測試儀，電壓，頻率 ，電致應變，蝴蝶曲線

FE-5000型鐵電測試儀是一款高量程款的鐵電性能材料測試裝置，這款設備可以適用于鐵電薄膜、鐵電體材料（既可塊體材料）的電性能測量，可測量鐵電薄膜電滯回線、可測出具有非對稱電滯回線鐵電薄膜值。可以進行電致應變測試，可以蝴蝶曲線功能，設備還可以擴展高溫電阻，高溫介電，電容-電壓曲線，TSC/TSDC等功能。本儀器是從事壓電材料及壓電元件生產、應用與研究部門的重要設備之一，已經在各大高校和科研院所廣泛使用。

二、主要技術指標：

1、輸出信號電壓：：±5KV,±10KV可擴展電致應蝴蝶曲線功能

2、溫度；室溫-200℃，控溫精度：±1℃

3、控制施加頻率0.01到1KHz（陶瓷、單晶，薄膜）PC端軟件控制自定義設置；

4、控制輸出電流0到±50mA連續可調，PC端軟件控制自定義設置。

a) 5、動態電滯回線測試頻率范圍 0.01Hz-5kHz（最大電滯回線測量頻率：250kHz / 0～10VAC，50kHz /10～200VAC；）

7、最小脈寬保持時間為20us;最小上升沿時間為10us;

8、疲勞測試頻率500kHz（振幅10 Vpp，負載電容1 nF）；使用高壓放大器后疲勞頻率最高5kHz;

9、測試速度：測量時間《5秒/樣品?溫度點   

10、樣品規格：塊體材料尺寸：直徑2-100mm，厚度0.1-10mm

11、主要功能：電滯回線，I-V特性，脈沖PUND，疲勞Fatigue，電擊穿強度BDM，漏電流LM。

10. 電荷解析度不小于10 mC;漏電流測量范圍:1pA~ 20 mA，分辨率不低于0.1pA;

11.配置薄膜測試變溫探針臺一套，電子顯微鏡一套，高壓放大器±100V 一臺，溫度范圍：室溫~400度。樣品厚度：30nm~1mm，測試頻率0.01Hz~100kHz@0~±100V

12、最小脈寬保持時間為20us;最小上升沿時間為10us;

13、控制方式：計算機實時控制、實時顯示、實時數據計算、分析與存儲

14、軟件采集：自動采集軟件，分析可以兼容其他相關主流軟件。

14、測試精度：±0.05%

15、內置電壓：±200V

16、應變模塊：配置進口干涉儀

主要技術參數：量程：0.3mm-30mm