基于热开关的铁电制冷新结构及数值模拟.docx

基于热开关的铁电制冷新结构及数值模拟
摘要：
铁电材料在电子领域中的应用范围越来越广泛，但是现有的铁电器件中存在着一些问题，例如灵敏度不高、速度慢、易失活等问题。本文研究了基于热开关的新型铁电制备方法，通过数值模拟验证了该制备方法的有效性和可行性。同时，本文还对新型铁电器件的性能进行了分析和测试，结果表明，该器件具有较高的灵敏度、快速的响应速度和较长的寿命，能够有效地克服传统铁电器件的缺点，具有广泛的应用前景。
关键词：铁电材料，热开关，数值模拟，器件性能
引言：
铁电材料因其晶格的非对称性能够产生自发极化，在电场的作用下能够引起电介质介电常数、介电损耗和电击穿强度等方面的变化，具有许多优良的电学性质。因此，铁电器件在电子领域中得到了广泛的应用，如传感器、存储器、滤波器等。然而，传统的铁电器件存在一些问题，如响应速度较慢、灵敏度不足等缺陷，这些问题已经对其在实际应用中的性能和可靠性产生了较大的影响，因此如何改善这些问题具有重要的研究意义。
本文研究了一种基于热开关的新型铁电器件制备方法，并对其性能进行了分析和测试。与传统的器件不同，该器件利用了热力学和热学性质，在定常热通量的作用下实现材料的极化和去极化，从而实现器件的开关过程。同时，为验证该制备方法的有效性和可行性，利用有限元数值模拟对器件的电场分布和热分布进行了分析和模拟，得出了该制备方法的优越性和器件性能的关键因素。
实验部分：
铁电材料制备方法：本实验中采用了一种新型的铁电材料——铌酸锶钡（NSB）薄膜，该材料具有较高的铁电常数和良好的电学性质，在铁电器件中应用广泛。
器件制备方法：在NSB薄膜表面用光刻技术制备了相应的电极，然后经过退火处理，形成具有铁电性的极化状态。利用热台进行热循环处理，实现了材料的自发去极化，从而形成具有去极化态的器件。通过改变热循环的参数，可以控制器件的开关过程，实现器件的热开关功能。
性能测试：使用电压控制系统对器件进行测试，检测其响应速度和灵敏度。结果表明，该器件具有较高的灵敏度和较快的响应速度，能够有效地克服传统铁电器件的缺点，并能在不同工作环境下保持稳定的性能达到较长的寿命。
数值模拟部分：
利用有限元数值模拟工具ANSYS对器件的电场分布和热分布进行了模拟。结果表明，器件的电场分布和热分布均较为均匀和稳定，保证了器件的稳定性和可靠性。同时，模拟结果还表明，器件的极化和去极化过程主要受到热通量的控制，因此热循环的参数对器件的性能具有重要的影响。
综上所述，本文研究了基于热开关的新型铁电器件制备方法，并对其性能进行了分析和测试，同时利用有限元数值模拟方法验证了其可行性和有效性。实验测试结果表明，该器件具有较高的灵敏度、快速的响应速度和较长的寿命，能够应用于各种电子领域中。