خازن فروالکتریک

خازن فروالکتریک (به انگلیسی: Ferroelectric capacitor) خازنی است که براساس ماده فروالکتریک ساخته شده است. درمقابل، خازن‌های مرسوم بر اساس مواد دی‌الکتریک هستند. قطعات فروالکتریک در الکترونیک دیجیتال به عنوان بخشی از حافظه رم فروالکتریک یا در الکترونیک آنالوگ به عنوان خازن‌های قابل‌تنظیم (وارکتور) استفاده می‌شوند.

در کاربردهای حافظه، مقدار ذخیره شدهٔ یک خازن فروالکتریک با اعمال یک میدان الکتریکی خوانده می‌شود. مقدار بار مورد نیاز برای تغییر حالت سلول حافظه به حالت مخالف اندازه‌گیری شده و حالت قبلی سلول آشکار می‌شود. این بدان معناست که عملیات خواندن، حالت سلول حافظه را از بین می‌برد و برای نوشتن مجدد بیت، باید یک عملیات نوشتن مربوطه دنبال شود. این امر آن را شبیه به حافظه هسته فریت (که اکنون منسوخ شده است) می‌کند. الزام یک چرخه نوشتن برای هر چرخه خواندن، همراه با محدودیت چرخه نوشتن بالا (زیاد) اما نه بی‌نهایت، یک مشکل بالقوه برای برخی از کاربردهای خاص است.

در یک خازن فروالکتریک اتصال‌کوتاه‌شده با ساختار فلز-فروالکتریک-فلز (اِم‌اِف‌اِم)، توزیع باری از بارهای پوششی در سطح‌مشترک فلز-فروالکتریک تشکیل می‌شود تا جابجایی الکتریکی فروالکتریک را جدا کند. به دلیل این بارهای پوششی، افت ولتاژی در خازن فروالکتریک با پوششی در لایه الکترود وجود دارد که می‌توان آن را با استفاده از روش توماس-فرمی به شرح زیر به‌دست آورد:^[۱]

${\displaystyle V=E_{f}d+E_{e}\left(2\lambda \right)}$

اینجا ${\displaystyle d}$ ضخامت فیلم است، ${\displaystyle E_{f}={\frac {V+8\pi P_{s}a}{d+\epsilon _{f}\left(2a\right)}}}$ و ${\displaystyle E_{e}={\frac {\epsilon _{f}}{\epsilon _{e}}}E_{f}-{\frac {4\pi }{\epsilon _{e}}}P_{s}}$ میدان‌های الکتریکی در لایه فیلم و الکترود در سطح‌مشترک هستند، ${\displaystyle P_{s}}$ قطبش خودبه‌خودی است، ${\displaystyle a={\frac {\lambda }{\epsilon _{e}}}}$ ، و ${\displaystyle \epsilon _{f}}$ و ${\displaystyle \epsilon _{e}}$ ثابت‌های دی‌الکتریک لایه فیلم و الکترود فلزی هستند.

با الکترودهای بی‌نقص، ${\displaystyle \lambda =0}$ یا برای فیلم‌های ضخیم، با ${\displaystyle d\gg a}$ معادله به صورت زیر تقلیل می‌یابد:

${\displaystyle V=E_{f}d\Rightarrow E_{f}={\frac {V}{d}}}$

• فروالکتریسیته
• رَم فروالکتریک

• آموزش اِف‌ئی‌رَم