铁电薄膜作为一种功能薄膜在MEMS领域有广泛的应用,例如,PZT薄膜因具有良好的压电、铁电、介电、电光等效应,而被应用于微能源收集器、微加速度计、微力传感器、声表面波器件等MEMS器件的制作。在MEMS器件中,功能薄膜的质量往往决定了器件的性能,因此测量功能薄膜特性参数有着重要的意义。电滞回线是铁电薄膜的重要特性,一方面它能反映材料的铁电特性;另一方面还可以得到其他相关参数,例如,剩余极化强度,它可以用于估计材料的压电系数。国外关于铁电体的特性参数测量研究起步较早,已经设计出许多先进的测量仪器,但是这些仪器价格昂贵。国内很多高校研制了电滞回线测量仪器,但是这些仪器与国外同类型仪器相比普遍存在测量精度差、体积大、适用范围窄的缺点。目前,电滞回线的测量方法主要包括冲击检流计法和Sawyer-Tower电路法,后者由于测量方法简单、成本低等特点,已经成为电滞回线测量的主流方法。本文针对科研工作中对铁电薄膜电滞回线测量的需求,对铁电薄膜的电滞回线测量进行了研究。设计制作了铁电薄膜电滞回线测量系统,该系统产生的激励电压最大幅值为40V,最高频率为1KHz,能适应绝大多数铁电薄膜电滞回线的测量。该测试系统除了可以得到铁电薄膜的电滞回线以外,同时还可以得到材料线性电容、漏电阻、饱和极化强度、剩余极化强度、矫顽电场等参数,并且系统具有数据存储功能。以PZT薄膜为测试材料对系统进行了测试试验,实验结果表明:所测电滞回线的结果是可信的。本文的主要工作如下:(1)系统的测量方法为Sawyer-Tower电路法,以此为基础设计系统了硬件电路。电路能够完成电滞回线的测量、正弦信号的产生、数据的采集以及系统的供电,根据系统资源需要选定了FPGA核心板。(2)以QuartusⅡ软件为平台设计了FPGA的时序逻辑。整个时序逻辑包括A/D驱动、FIFO、DDS、串口通信等模块,通过软件自带的仿真功能,对各模块进行功能性仿真。根据所设计的功能模块搭建顶层原理图。(3)以LabVIEW为基础设计系统的前面板以及程序框图。前面板完成测量过程的控制、参数的输入与输出、波形的显示、电滞回线的显示等工作。程序框图实现数据通信、数据处理、数据存储、电滞回线的补偿等功能。(4)根据设计的硬件与软件,结合测试材料以及探针台搭建电滞回线测量系统。系统以PZT薄膜为测试材料,在超净环境下完成电滞回线测量实验。