隨著(zhù)空間技術(shù)的蓬勃發(fā)展，輻照環(huán)境下高精度傳感測試需求不斷提升。同時(shí)，電子測試系統的蓬勃發(fā)展離不開(kāi)納米尺度基礎功能單元的研究，開(kāi)展微觀(guān)尺度下功能材料的性能研究，對拓展器件應用具有重要的意義。鐵電薄膜良好的自發(fā)極化及翻轉特性免疫于空間輻照環(huán)境，在空間環(huán)境中電疇形態(tài)得以穩定保持，為基于鐵電器件的應用奠定基礎。特別地，基于導電疇壁附近的載流子聚集響應，加工納米尺度的疇壁單元穩定結構，實(shí)現高精度溫度傳感測試。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)現極化的高效、快速、精準調控，且基于傳統材料微加工設計的產(chǎn)品不利于半導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，設計高效的極化調控方式，從而實(shí)現鐵電薄膜的精準調控和高溫環(huán)境下穩定性調控，為輻照環(huán)境下傳感技術(shù)實(shí)現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控及其溫度敏感機理分析，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，對空間測試傳感系統提出了更高的要求，太空輻照環(huán)境下高精度傳感檢測核心技術(shù)面臨巨大的挑戰。鐵電薄膜具有穩定的自發(fā)極化狀態(tài)，同時(shí)在輻照環(huán)境中表現出穩定的抗輻照特性。近年來(lái)，以壓電力顯微鏡作為核心手段實(shí)現鐵電薄膜納米尺度調控，在半導體技術(shù)與集成電路、航空與航天探測等多學(xué)科交叉領(lǐng)域獲得了多國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電性調控，然而，環(huán)境溫度影響電疇的疲勞穩定性，限制了器件化應用的進(jìn)一步發(fā)展，電疇結構精準調控是首要問(wèn)題，探索穩定的電疇調控方式迫在眉睫。電疇結構的穩定性及電疇動(dòng)力學(xué)過(guò)程尚且模糊，且鐵電薄膜內部存在退極化電場(chǎng)，與極化電荷及外部激勵共同作用的屏蔽機制復雜，影響電疇的穩定性。因此探索電疇調控手段和疇壁穩定性是促進(jìn)鐵電薄膜走向器件應用的必要條件。本書(shū)圍繞抗輻照鐵電疇壁溫度傳感設計展開(kāi)研究，構建電疇極化翻轉理論模型，結合朗道自由能理論闡釋電疇翻轉過(guò)程中的能量勢壘，探索電疇結構演化規律，闡明退極化場(chǎng)與環(huán)境溫度共同作用下電疇調控機制；基于針尖極化電場(chǎng)實(shí)現鈮酸鋰和鐵酸鉍鐵電薄膜電疇精準調控，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，驗證疇壁導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用前景。全書(shū)具體內容如下：
① 優(yōu)化薄膜生長(cháng)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構分析，可以看到鐵酸鉍與鈮酸鋰薄膜具有納米量級表面粗糙度以及良好的結晶取向，制備三明治結構的鐵酸鉍電容元件，為后續電流傳感功能驗證奠定基礎。
② 利用壓電力顯微鏡調控外延鐵酸鉍薄膜實(shí)現電疇可控翻轉，通過(guò)樣品旋轉表征面內外電疇極化結構，定性分析內部電疇分布規律。利用導電探針施加極化電場(chǎng)實(shí)現電疇動(dòng)力學(xué)調控，翻轉電疇的穩定性滿(mǎn)足吉布斯自由能理論，探針極化引起面內電場(chǎng)分量促進(jìn)了面內電疇翻轉，且能夠在高溫和長(cháng)時(shí)間作用下保持穩定。對導電基底上的鐵酸鉍薄膜進(jìn)行針尖電場(chǎng)極化，研究表明當外加激勵超過(guò)矯頑電場(chǎng)時(shí)，能夠實(shí)現面內和面外電疇同時(shí)翻轉，即鐵酸鉍電疇發(fā)生180°翻轉，且翻轉電疇在高溫下保持穩定。
在此基礎上利用壓電力顯微鏡調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)現貫穿式點(diǎn)陣列電疇，系統分析電場(chǎng)幅值和極化時(shí)間對電疇動(dòng)力學(xué)的影響機制，探索穩定可靠的電疇極化參數，形成的穩態(tài)電疇能穩定保持30 天以上且無(wú)明顯的退極化，而施加反向電場(chǎng)則能夠輕松將翻轉電疇初始化為原生狀態(tài)，同時(shí)翻轉電疇具有良好的抗輻照特性，驗證了電疇翻轉作為抗輻照功能單元的可靠性與穩定性。
③ 利用導電力顯微鏡實(shí)現了納米尺度下疇壁附近導電載流子表征與調控，探究電場(chǎng)影響下單點(diǎn)的疇壁導電特性?；阼F酸鉍薄膜180°電疇穩定翻轉，實(shí)現疇壁良好的導電特性（pA～ nA 量級），該導電特性明顯高于電疇內部區域；利用針尖電場(chǎng)對鈮酸鋰薄膜進(jìn)行密集點(diǎn)陣列極化，形成的疇壁處也表現出明顯提升的導電性。通過(guò)分析電場(chǎng)加載下疇壁導電性變化可知，疇壁導電具有明顯的電壓調制及整流特性，結合溫度作用下疇壁電流規律可知，在特定溫度區間內具有高精度傳感優(yōu)勢。
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)，喬驍駿負責全書(shū)的統稿工作。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中參考了大量文獻，在此謹向相關(guān)作者表示感謝！
因筆者水平所限，書(shū)中不足之處，敬請讀者批評指正。

著(zhù)者

喬驍駿，現為中北大學(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、國家自然基金面上項目2項、科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃1項、GF基礎科研項目1項。長(cháng)期專(zhuān)注于鐵電材料的納米尺度性能調控與器件設計研究，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，申請發(fā)明專(zhuān)利8項，授權7項。

本書(shū)聚焦于鐵電材料納米尺度電疇調控及其溫度敏感機理分析，將鐵電薄膜生長(cháng)優(yōu)化與壓電力顯微鏡納米探針極化調控技術(shù)相結合，詳細探討了鐵酸鉍薄膜與鈮酸鋰單晶薄膜百納米量級電疇反轉調控規律，揭示了不同極化調控作用下鐵電電疇動(dòng)態(tài)機制，研究了不同極化取向之間的疇壁導電效應及溫度敏感機理。
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、科研院所高年級本科生和研究生的教學(xué)、科研用書(shū)。

第1章 緒論001
1.1　鐵電電疇調控及傳感的發(fā)展現狀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用006
1.4　疇壁調控及界面傳輸016
1.5　本書(shū)主要內容與意義024
1.5.1　本書(shū)主要內容024
1.5.2　意義025
參考文獻026

第2章 鐵電抗輻照傳感器理論036
2.1　鐵電抗輻照機理驗證037
2.2　電疇調控及疇壁導電038
2.3　抗輻照溫度傳感設計047
本章小結049
參考文獻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　鐵電疇壁導電性表征064
本章小結065
參考文獻065

第4章 基于針尖極化的鐵電電疇調控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調控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精準調控105
4.4.3　鈮酸鋰薄膜電疇翻轉抗輻照111
本章小結113
參考文獻114

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