图1-2 自发极化原理图

如图1-3a所示，在一个AB的晶体中，带负电的A离子占据在正方形的阵点上，带负电的B离子在A同一水平线的附近。A和B离子构成了一个电偶极子，由于A左右附近各有一个B负离子，若得到一定的能量，B负离子就可以越过能垒ΔE，从而改变电偶极子的方向。如图1-3b所示，铁电体中相同方向指向的电偶极子可以扩展成为一个区域，即自发极化。这些小区域就是电畴。

1.2 铁电材料的研究现状

最初，人们对铁电材料的应用很少利用其铁电性，并且铁电材料的应用通常单独利用其众多性能中的一种。人们只是单独利用其压电性，电光性能，热释电性或者高的介电性中的一种。这给了我们一个启示，我们如果可以将其多性能结合在一起，我们就能够功能性能更强大的材料原件。将其与半导体技术相结合的话也是一个迎合电子材料器件小型化，集成化，轻量化发展的不错的方向。研究者们对于铁电材料的研究主要集中在提高其单一性能，开发新型铁电材料和将其铁电性能与其他技术领域相结合的方面。

目前，新型半导体材料器件的一个很好的选择就是铁电材料，它有利于电子器件集成化的发展。不仅如此，在半导体材料器件研究领域上，许多铁电材料的如PbTiO3薄膜也能使电子器件向着薄膜方向发展。1980年代以来，随着薄膜技术的成熟，薄膜材料成为了人们关注的焦点，这种铁电薄膜在电子领域有着强大的作用。

现在我们对铁电材料的认识还不够多，需要不停的研究和发展。在研究过程中还存许多困难需要我们去克服。比如疲劳机理、漏电机制、材料的各种缺陷以及缺陷控制等问题。针对这些问题的研究具有着重要的意义，只要坚持并克服了这些问题，我相信我们会在铁电领域取得更大的突破，将带来巨大的科学产业链。

1.3 铁电材料的光伏效应研究

在上个世纪70年代，研究者们在铁电体中发现了反常光伏效应，之后就有许多人对铁电体的光伏效应进行研究，但由于当时并不能克服铁电体本身具有着缺点，也就是低光吸收率和高阻绝缘特性，使得人们对铁电体光伏效应的研究停滞不前。[10]直至最近几年科学的进步，半导体工艺的发展与微加工技术的进步才使得研究者们重新开始了铁电体光伏效应的研究。

铁电体具有相对于绝缘材料较小的电阻率和半导体的光伏效应，但它有着比传统传统半导体更大的内建电场，而且更容易吸收电子空穴。传统半导体pn结光伏大多是同质pn节，由半导体的不同惨杂程度决定其内建电场的势垒差，其电场并不大，并且电场宽度窄，只存在pn结的阻挡层，故其激子电荷分离的能力有限。[11]而铁电体具有自发极化，且在一定温度范围内，可随外电场方向而调控其自发极化偶极矩。因此相当于内建电场存在于整个材料之中，于是，在光的辐照下而产生的电子-空穴对就会相向运动，从而提高了正负电荷的收集效率。