Science and Technology of Integrated Ferroelectrics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC

作者:Carlos Pazde-Araujo

出品人:

页数:760

译者:

出版时间:2001-01-11

价格:USD 259.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9789056997045

丛书系列:

图书标签:

• Ferroelectrics
• Integrated Ferroelectrics
• Materials Science
• Condensed Matter Physics
• Electronic Materials
• Thin Films
• Dielectric Materials
• Sensors
• Actuators
• Piezoelectricity

《电介质与铁电体材料的先进应用》 本书旨在深入探讨电介质和铁电体材料领域内的一系列最新研究进展和突破性应用。这些材料因其独特的电学、介电和铁电特性，在现代电子器件和能源技术中扮演着至关重要的角色。本书内容涵盖了从基础理论到尖端应用的广泛范畴，为相关领域的科研人员、工程师和学生提供一本全面且具有指导意义的参考。 第一部分：基础理论与材料科学 本部分首先回顾了电介质和铁电体材料的基本概念、物理原理以及结构-性能关系。我们将深入分析铁电性、介电常数、压电性、热释电性等关键特性，并探讨影响这些特性的微观机制，如畴结构、极化动力学、晶格振动以及缺陷效应。 铁电性和介电响应的微观机制： 详细阐述铁电材料中自发极化的来源，包括原子位移、电子云变形以及离子极化。我们将分析不同晶体结构（如钙钛矿、钨矿、层状钙钛矿等）如何影响铁电行为，并介绍相变理论，如Landau-Ginzburg-Devonshire理论，用于描述铁电相变过程。此外，本书还将探讨频率、温度、电场等外部条件对介电响应的影响，以及高频下的介电损耗机制。 压电性、焦电性和热释电性： 深入解析这些与铁电性密切相关的附加效应。压电性在传感器、执行器和能量收集等领域具有广泛应用，我们将探讨其宏观表现和微观来源，以及不同材料体系下的压电系数。焦电性和热释电性则与温度变化引起的极化改变相关，这对于红外探测器和温度传感器至关重要。本书将详细介绍这些效应的物理模型和测试方法。 新型铁电体与介电体材料的设计与合成： 介绍当前用于开发高性能铁电和介电材料的策略，包括化学计量比调控、掺杂工程、固溶体设计以及纳米化技术。我们将重点关注具有高介电常数、低介电损耗、高居里温度、优异压电性能以及低漏电特性的新材料体系，如氧化物陶瓷、有机铁电体、聚合物铁电体、复合材料等。合成方法方面，本书将涵盖固相反应法、溶胶-凝胶法、水热法、原子层沉积（ALD）等多种先进制备技术，并探讨如何通过精确控制合成条件来优化材料性能。 纳米尺度下的铁电现象： 随着器件尺寸的不断缩小，纳米铁电体材料的研究日益受到重视。本部分将探讨在纳米尺度下，材料的铁电行为可能发生的尺寸效应、表面效应和界面效应。我们将介绍制备高质量纳米铁电材料的方法，如纳米线、纳米片、量子点等，并讨论其在高性能存储器、传感器和逻辑器件中的应用潜力。 第二部分：先进器件与集成技术 本部分将聚焦于铁电体和介电体材料在各种先进电子器件中的实际应用，以及实现这些应用所需的关键集成技术。 铁电存储器（FeRAM）： FeRAM因其非易失性、高速度、低功耗和高耐久性等优点，已成为当前备受关注的存储技术之一。本书将详细介绍FeRAM的工作原理，包括极化翻转机制、电荷隧穿以及读取和写入操作。我们将分析不同材料体系（如PZT、HfO2基铁电体）在FeRAM中的应用，并探讨实现高密度、高可靠性FeRAM器件的设计挑战，例如电荷注入、漏电流抑制和界面工程。此外，本书还将讨论3D FeRAM的最新进展。 铁电体在传感器和执行器中的应用： 压电和焦电特性使得铁电体在传感器和执行器领域具有巨大的应用价值。我们将深入探讨基于铁电体的加速度计、麦克风、扬声器、微泵、微阀以及能量收集器等器件的设计与性能优化。本书将重点介绍如何通过材料设计和器件结构优化来提高传感器的灵敏度、执行器的响应速度和能量收集效率。 介电体在高频电子器件中的应用： 高介电常数和低损耗的介电体材料是构建高性能电容器、滤波器、匹配网络和射频（RF）器件的关键。本书将分析高频下介电损耗的来源（如电导损耗、极化损耗）以及如何通过材料改性和器件结构设计来降低损耗，提高器件的Q值。我们将探讨薄膜介电材料在微波和毫米波通信系统中的应用，以及新型介电体材料在功率电子器件中的潜力。 铁电体在逻辑和忆阻器中的应用： 除了存储器，铁电体还被认为是下一代逻辑器件和忆阻器的候选材料。本书将探讨铁电体在场效应晶体管（FET）中的应用，例如铁电栅控FET（FeFET）和穿隧铁电FET（TFET），它们有望实现低功耗逻辑运算。此外，我们将介绍基于铁电体和氧化还原等物理机制的忆阻器，分析其工作原理和潜在应用，如类脑计算和非冯·诺依曼架构。 半导体集成与互联技术： 将铁电体和介电体材料与成熟的半导体制造工艺相结合是实现高性能集成电路的关键。本书将详细讨论薄膜沉积技术（如PVD、CVD、ALD），以及铁电体薄膜的退火、图案化、电极接触等关键制程。我们将分析界面效应、应力效应以及材料兼容性问题，并介绍实现高性能铁电/半导体异质集成的方法，例如原子层界面工程和表面处理技术。 第三部分：新兴领域与未来展望 本部分将着眼于铁电体和介电体材料在一些新兴和前沿领域的应用，并对该领域的未来发展趋势进行展望。 能源存储与转换： 铁电体材料在固态电容器、超级电容器以及热电材料方面具有重要的应用潜力。本书将介绍如何利用铁电体的介电储能特性来构建高能量密度和高功率密度的固态电容器，以及如何通过纳米结构设计来提高其能量密度。此外，我们还将探讨铁电体在热电转换方面的研究进展，即利用其塞贝克效应和珀尔帖效应将热能转化为电能，反之亦然。 生物医学应用： 铁电体材料的生物相容性和压电特性使其在生物医学领域也展现出巨大的潜力。本书将介绍基于铁电体的生物传感器、药物递送系统、以及用于神经刺激和组织工程的压电换能器。我们将讨论如何通过表面改性、生物分子偶联等方法来提高铁电材料在生物环境中的性能和安全性。 柔性电子器件： 随着对柔性、可穿戴电子设备需求的不断增长，柔性铁电体和介电体材料的研究也日益活跃。本书将介绍开发柔性铁电薄膜和聚合物铁电体的策略，以及如何在柔性基底上构建可靠的柔性电子器件，例如柔性显示器、柔性传感器和柔性能量收集器。 人工智能与机器学习： 铁电体的非线性特性和忆阻特性使其在构建新型神经网络硬件和加速人工智能计算方面具有独特优势。本书将探讨如何利用铁电体构建类脑计算原型，例如脉冲神经网络（SNN）和忆阻器阵列，以实现更高效、更节能的AI处理。 前沿理论与模拟： 本部分将简要介绍用于理解和预测铁电体和介电体材料行为的先进理论和计算模拟技术，例如第一性原理计算、分子动力学模拟和相场模拟。这些工具对于加速新材料的设计和器件的优化至关重要。 未来挑战与机遇： 最后，本书将总结当前铁电体和介电体材料领域面临的主要挑战，包括材料的稳定性、可靠性、可扩展性以及环境友好性。同时，也将展望未来的发展机遇，强调跨学科合作、材料创新以及先进制造技术在推动该领域发展中的重要作用。 本书的编写力求清晰、严谨，并结合最新的实验数据和理论分析。通过对这些材料基础科学、先进应用和未来趋势的全面梳理，我们希望能够激发更多研究者的兴趣，并为相关领域的技术进步贡献一份力量。

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