高温退火对氧化铪挠曲电性的影响

挠曲电性为纳米机电系统提供了一种前景广阔的换能技术。然而，挠曲电性仍处于早期研究阶段，其许多方面仍需进一步探究。理解挠曲电性如何依赖于晶体学相变等材料参数，以及温度如何影响它，对于为技术应用选择和优化合适的材料至关重要。本研究探讨了高温退火（以及随之而来的结晶化）对氧化铪（HfO2）挠曲电性的影响，氧化铪是一种具有重要技术相关性的材料。我们测量了非晶态（未退火）和退火态（轻微结晶）HfO2 相的挠曲电系数，样品分别在氮气或氧气气氛中退火。我们的结果表明，非晶态 HfO2 表现出最高的挠曲电系数（105 $\pm$ 10 pC/m），而退火样品则显著降低，其中氮气退火样品的值最低（26 $\pm$ 4 pC/m）。与氮气退火相比，在氧气气氛中退火的样品挠曲电性能有所改善（54 $\pm$ 6 pC/m）。利用截面成像、X射线衍射、共振频率表征和相对介电常数测量，我们发现退火促进了四方相的结晶，并增加了 HfO2 层内的内应力，而大多数其他参数保持不变。我们将退火样品挠曲电性的差异归因于氧化铪中氧空位的数量。氧化铪中的这些氧空位似乎对挠曲电系数产生负面影响。这一发现可应用于优化材料以增强其挠曲电性能。