強誘電体コンデンサ

強誘電体コンデンサは、強誘電体材料をベースにしたコンデンサです。対照的に、従来のコンデンサは誘電体材料をベースにしています。強誘電体デバイスは、デジタル エレクトロニクスでは強誘電体 RAMの一部として、アナログ エレクトロニクスでは調整可能なコンデンサ (バラクタ) として使用されます。

メモリ アプリケーションでは、強誘電体コンデンサの保存値は電界を印加することによって読み取られます。メモリ セルを反対の状態に反転させるために必要な電荷量が測定され、セルの以前の状態が明らかになります。つまり、読み取り操作によってメモリ セルの状態が破壊され、ビットを書き戻すために、対応する書き込み操作が続く必要があります。この点は、(現在は廃止されている)フェライト コア メモリに似ています。読み取りサイクルごとに書き込みサイクルが必要であることと、書き込みサイクルの上限は高いが無限ではないことが、一部の特殊なアプリケーションでは潜在的な問題となります。

金属-強誘電体-金属（MFM）構造の短絡強誘電体コンデンサでは、金属-強誘電体界面に遮蔽電荷の電荷分布が形成され、強誘電体の電気変位を遮蔽します。これらの遮蔽電荷により、電極層での遮蔽を伴う強誘電体コンデンサ全体で電圧降下が発生します。これは、トーマス・フェルミ法を使用して次のように得ることができます。^[1]

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

ここで、はフィルムの厚さ、はフィルムと電極の界面における電界、は自発分極、、およびはフィルムと金属電極の誘電率です。 ${\displaystyle d}$${\displaystyle E_{f}={\frac {V+8\pi P_{s}a}{d+\epsilon _{f}\left(2a\right)}}}$${\displaystyle E_{e}={\frac {\epsilon _{f}}{\epsilon _{e}}}E_{f}-{\frac {4\pi }{\epsilon _{e}}} P_{s}}$${\displaystyle P_{s}}$${\displaystyle a={\frac {\lambda }{\epsilon _{e}}}}$${\displaystyle \epsilon_{f}}$${\displaystyle \epsilon_{e}}$

完全な電極、または厚い膜の場合、式は次のようになります。 ${\displaystyle \lambda =0}$${\displaystyle d\gg a}$

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

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