在我們對存儲器老化進(jìn)行可控性分析之前，首先需要對存儲器材料有所了解。在這里，我們研究的是鐵電存儲材料，因而先要了解一下鐵電材料。它是一種常用的電介質(zhì)材料，并且它具有較高的介電常數。鐵電材料在我們生活的應用十分多：因為鐵電材料具有比較好的鐵電性、介電性、熱釋電性和壓電特性等等，所以它應用十分的廣泛，小到生活中常見(jiàn)到的打火機、煤氣灶，大到科學(xué)技術(shù)上的聲吶、地震儀等等，當然也可以用來(lái)制作成鐵電存儲器。

如果一定要給鐵電材料下個(gè)定義，那么可以將具有鐵電性的材料都稱(chēng)為鐵電材料。因此在了解鐵電材料之前先要對鐵電性有所了解。我查閱資料得知鐵電性是源于空間反演對稱(chēng)性破卻的，就是指在有限溫度下，材料具有兩個(gè)或多個(gè)可能的取向的自發(fā)極化的現象，而且在電場(chǎng)作用下這種自發(fā)極化的取向可以改變。極化交互作用會(huì )導致長(cháng)程序與熱漲落（溫度T)競爭，一旦長(cháng)程序強度熱漲落就會(huì )發(fā)生順電-鐵電相變。而當熱漲落的強度超過(guò)長(cháng)程序，也會(huì )發(fā)生順電一鐵電相變。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，鐵電材料可以由下面的圖1.1表示出來(lái)，在圖1.1中鐵電性是由正負空間電荷中心不重合導致的電偶極矩表現。從晶體角度來(lái)解釋就是說(shuō)在晶體中，自發(fā)極化現象的出現會(huì )造成一個(gè)特殊的方向，使得晶胞中的原子沿著(zhù)該方向產(chǎn)生相對位移。也正是由于原子的相對位移會(huì )導致正負電荷中心不再重合，因而形成電偶極矩。正如如圖1.1所示，這樣的現象就是鐵電性。

鐵電材料之所以能用來(lái)做出鐵電存儲器，是因為其在電場(chǎng)作用下表現出來(lái)的電滯回線(xiàn)。如圖1.2(a）所示。從圖中我們可以看出在自發(fā)極化的晶體中，其均勻極化的狀態(tài)不是穩定的，所以晶體將自發(fā)分成被稱(chēng)為“疇”的小區域。經(jīng)過(guò)查閱資料我們得知可以用疇的運動(dòng)來(lái)解釋鐵電材料在電場(chǎng)下表現出的電滯回線(xiàn)。

疇的邊界叫做疇壁，疇壁帶有電荷。從圖中的電滯回線(xiàn)中，我們可以看到，隨著(zhù)外電場(chǎng)由零逐漸增加，鐵電疇成核長(cháng)大，疇壁運動(dòng)導*化翻轉。在電場(chǎng)較弱時(shí)，可逆的疇壁運動(dòng)占有主導地位。之后電場(chǎng)繼續增強時(shí)，鐵電疇成核，疇壁運動(dòng)成為不可逆的，極化強度隨電場(chǎng)的增加比線(xiàn)性線(xiàn)段要快。我們也可以看出當電場(chǎng)達到一定的強度值時(shí)，晶體會(huì )成為單疇的，這時(shí)候自發(fā)極化趨于飽和。此時(shí)如果再加大電場(chǎng)強度，總極化強度依舊會(huì )繼續增大，這是因為感應極化會(huì )有所增加。反之，如果此時(shí)減小電場(chǎng)強度，則極化將沿曲線(xiàn)減少，圖中可以看出在電場(chǎng)降為零時(shí)，材料仍然處在極化狀態(tài)，極化強度為Pr，稱(chēng)之為自發(fā)極化。將線(xiàn)段外推到與極化軸相交可得自發(fā)極化Ps。如果外加電場(chǎng)反向，電偶極矩翻轉。

當電場(chǎng)強度E=Ec時(shí)，極化P=0，Ec稱(chēng)為矯頑電場(chǎng)強度（coercive field)。這樣電場(chǎng)在正負飽和值之間循環(huán)一周時(shí)，極化與電場(chǎng)的關(guān)系如曲線(xiàn)所示，類(lèi)似于鐵磁材料的磁滯回線(xiàn)。    由上圖1.2的（b）我們看到，把具有鐵電性的材料做出三明治結構就成了鐵電存儲器，圖中紅色部分為鐵電材料，并在其上下兩面分別加上電極。鐵電材料之所以能夠做成存儲器存儲信息，是因為該材料在電場(chǎng)作用下表現出來(lái)的對稱(chēng)的電滯回線(xiàn)。上圖1.2的（a)為單電滯回線(xiàn)，其中每一個(gè)狀態(tài)都有與之對應的另一個(gè)狀態(tài)，可以對應到存儲器電路中分別表示數字電路中的0和1，也就是說(shuō)有了二進(jìn)制中0和1。我們都學(xué)過(guò)數字電路，知道二進(jìn)制可以用來(lái)存儲信息。同時(shí)也是因為該單電滯回線(xiàn)，鐵電材料制成的存儲器具有其*的優(yōu)點(diǎn)。因為當電場(chǎng)降為零時(shí)，鐵電材料的極化強度為+Pr和-Pr，。在上圖中可以看到極化強度不是零，所以在外加電場(chǎng)為0（沒(méi)有外加電壓）時(shí)，鐵電材料依舊可以表現出二進(jìn)制中的0和1，。從而鐵電存儲器具有非易失性（又稱(chēng)為非揮發(fā)性），即斷電后仍然能保存數據，這是鐵電存儲器大的優(yōu)點(diǎn)。

我們了解到如果按讀寫(xiě)功能分，存儲器可以分為只讀存儲器和隨機讀寫(xiě)存儲器。其中只讀存儲器存儲的內容是固定不變的，但是它只能實(shí)現存儲內容的讀出而不能在其中寫(xiě)入數據。

隨機讀寫(xiě)存儲器就不一樣，可以讀出數據也可以寫(xiě)入數據。但是RAM有一個(gè)大的缺點(diǎn)就是一旦斷電，隨機讀寫(xiě)存儲器內存儲的內容會(huì )消失。所以如果能應用鐵電存儲器的非揮發(fā)性，會(huì )是一個(gè)很大的進(jìn)步。這里我們講到的鐵電存儲器因為具有非揮發(fā)性，既能像隨機讀寫(xiě)存儲器一樣高速讀寫(xiě)數據，又能像只讀存儲器一樣斷電后長(cháng)期保存數據，是應用十分好的一類(lèi)低能耗存儲器。

鐵電材料的鐵電性主要應用在鐵電存儲器這一方面，而其鐵電材料其他方面的應用主要是源于其壓電特性。鐵電材料在電場(chǎng)下表現出電滯回線(xiàn)的同時(shí)，又會(huì )產(chǎn)生電致應變，即正壓電效應和逆壓電效應。圖1.3(a）表示出了正壓電效應：當對鐵電材料施加一定的壓力時(shí)，材料內的電偶極矩會(huì )受到壓縮，電偶極矩因此縮短。這時(shí)壓電材料（一般來(lái)說(shuō)鐵電材料都是壓電材料，而壓電材料不一定是鐵電材料）為了抵制電偶極矩的縮短，會(huì )產(chǎn)生一定的的正負電荷，也就是說(shuō)會(huì )產(chǎn)生電流。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，正壓電效應是指壓電材料因為發(fā)生形變而產(chǎn)生電荷的現象。反之逆壓電效應就是指給壓電材料加上一定的電壓，材料會(huì )發(fā)生形變，如圖1.3(b）所示。

正壓電效應和逆壓電效應實(shí)際應用十分的廣泛，小到生活中常見(jiàn)的打火機，煤氣灶大到地震儀以及軍事中的聲波等等。以打火機為例來(lái)說(shuō)，當按壓打火機上方時(shí)，打火機內內置的壓電材料就會(huì )因為壓電效應產(chǎn)生出電火花，進(jìn)而把燃氣點(diǎn)著(zhù)。鐵電材料在當今軍事上對于潛艇的探測也是很重要的，我們常聽(tīng)說(shuō)的雷達在潛艇探測這塊是不能很好地發(fā)揮作用的，主要因為電磁波在海水里傳播會(huì )逐漸地衰減。但是壓電聲納卻可以在海水里探測潛艇這方面很好地發(fā)生作用。所以說(shuō)，當今軍事上的潛艇探測系統是把壓電效應和逆壓電效應原理發(fā)揮的*。

由上面的介紹，我們對鐵電材料有了初步的了解?？梢钥闯鲨F電材料在生活中的應用很廣泛。