Design of ferroelectric thin film hysteresis loop measurement system based on virtual instrument

In view of the shortcomings of the traditional SawyerTower circuit in measuring the hysteresis loop of thin films, a charge integration improvement scheme is proposed. On the basis of the improved SawyerTower circuit, combined with the idea of ​​virtual instrument measurement, a software and hardware platform measurement system with LabVIEW and NI data acquisition card as the core is established, and the collected data is analyzed and processed in combination with Matlab to achieve accurate measurement of the intrinsic hysteresis loop of thin films. Experimental verification shows that this test system can quickly and accurately complete the measurement of thin film hysteresis loop. Ferroelectrics is a multidisciplinary subject that involves many disciplines such as physics, chemistry, mechanics, electronic engineering and information science [1]. Ferroelectric thin film materials have excellent properties, making them important or potential applications in microelectronics, optoelectronics, integrated optics and micromechanics. In particular, they are widely studied because they are compatible with semiconductor Si integrated circuits [2]. Ferroelectric materials have spontaneous polarization, and the direction of spontaneous polarization can be reversed by an external electric field. When the external electric field is zero, there is still residual polarization in the material, forming a hysteresis loop [3]. The hysteresis loop is an important criterion for determining whether a material is a ferroelectric. The hysteresis loop parameters are also an important reflection of the properties of thin films. Some domestic scholars [4] proposed that the measurement of thin film hysteresis loops should fully consider the influence of linear capacitance and leakage conductance, and conducted measurement and analysis using the Sawyer Tower circuit. In view of the practical problem of insufficient voltage division between the feedback voltage and the excitation voltage in the traditional Sawyer Tower hysteresis loop measurement circuit, this paper proposed improvement suggestions and designed a measurement system based on virtual instruments in combination with the powerful functions of computers.