Polarisationsschicht

Polarisationsschicht bezeichnet in der Physik eine räumlich begrenzte Region eines Materials, in der eine makroskopische Polarisation entsteht, typischerweise durch ausgerichtete Dipole oder gebundene Ladungen an Grenzflächen. Sie kann spontan auftreten, etwa in ferroelektrischen Materialien, oder durch äußere Reize wie elektrische Felder, Temperaturänderungen oder chemische Gradienten induziert werden.

Formen und Mechanismen: In linearen Dielektrika wächst die Polarisation P proportional zum elektrischen Feld E (P = ε0 χe E). In ferroelektrischen Schichten besitzt P eine Remanente Polarisation Pr und eine Hysterese, sodass auch ohne externes Feld eine Polarisation bestehen kann. Polarisationsschichten erzeugen gebundene Oberflächenladungen σb = ±P·n an Grenzflächen, was lokale Felder, Depolarisierung und Barrieren in Metall-Dielektrikum- oder Halbleiter-Grenzflächen beeinflusst.

Vorkommen und Eigenschaften: Polarisationsschichten bilden sich an Grenzflächen unterschiedlicher Polarisation, in Dünnschichtsystemen wie ferroelektrischen oder piezoelektrischen Filmen oder in Materialien mit orientierbaren Molekülen. Die Dicke einer solchen Schicht reicht von wenigen Nanometern bis zu mehreren Nanometern in technischen Bauelementen; ihr Verhalten hängt stark von Wachstumsbedingungen, Elektrodenanordnung und Temperatur ab.

Messung und Anwendungen: Die Polarisation wird durch Dielektrizitätsmessungen, P-E-Hysterese, Piezoresponse Force Microscopy (PFM) sowie Röntgen- oder Neutronen-Diffraction erfasst. Anwendungen umfassen nichtflüchtige Speicher (FeRAM), Kondensatoren, Sensoren und Aktuatoren sowie die Modifikation von Grenzflächen in elektronischen Bauelementen.

Siehe auch: Polarisation, Dielektrikum, Ferroelektrizität, Oberflächenladung, Depolarisierung.