铁电薄膜的应力效应及测试方法研究

铁电薄膜在医学、微电子、航空航天、国防等国家基础性行业中发挥着越来越不可替代的作用，然而铁电薄膜中的应力效应以及目前测试技术中存在的诸多问题严重限制了其在高精密器件中的进一步应用。为此，本项目从铁电薄膜基本物理性质的测试方法入手，系统地研究内应力和外加应力对铁电薄膜主要物理性质（压电性质、应变性能、铁电性质等）的影响规律及其作用机理，建立铁电薄膜畴结构演化的计算模型，在实验和计算的基础上提出考虑应力效应的铁电薄膜－基底系统的本构关系，为铁电薄膜高精密器件的设计提供理论指导；同时，本项目将发展扫描探针－声学显微术、激光多谱勒显微测振法等先进方法对铁电薄膜进行测试和检测，将有效地推动国内铁电薄膜测试水平的提高。

铁电压电薄膜由于其特有的机电耦合性质以及二维特性，在微机电领域中发挥着重要作用。然而，对其压电常数的表征目前主要是采用间接的方法。同时，应力对于薄膜压电性能有显著的影响。为此，本项目在AFM基础上发展了扫描探针声学显微术AFAM和压电力显微术PFM，对铁电薄膜的压电性和铁电性进行了系统测试，并研究了应力对于薄膜性能的影响。结果表明，PFM结合AFAM可以有效地表征铁电薄膜的弹性、压电性和畴翻转特性，压应力作用下铁电薄膜的压电性能将显著降低，这与块体的研究结果是一致的。本项目的研究结果对于铁电薄膜的应用和测试有一定的借鉴意义。