Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 142
Текст из файла (страница 142)
3.1. Слоистая доменная структура и распределение в ней пелен (в), структура свгнетсэлекгрическей доменной стенки (б), петля гистерезиса перепаляризации домена (в) В сегнсгоэлектриках же в области фо гостилгулированных фазовых переходов типа "поря док.-беспорядок", образуются макроскоиические квазичастицы — флуклгаггы, которы~ тоже можно рассматривать в качестве динамических неодноролностей. Флуктуоны возбуждаются в гетерафазной системе и представляют собой флуктуации концентрации одной из компонент системы, создагощие для частицы потенциальную яму, перемещающуюся вместе с частицей. В сегнетомагнитных кристаллах одновременно существуют магнитная и электрическая дипольныс структурьг и соответственно векторы спонтанной поляризации Рх и спонтанной намагниченности Лгг, В элементарных ячейках кристаллографических структур сегнетомагнез иков должны находиться частицы, обладающие как электрическим дипольным моментом, так и магнитным.
Сосуществование электрических и магнитных дипольных структур определяется принципом симметрии в различных кристаллографических структурах. Вещества определенной симметрии обладают магнитоэлсктрическим эффектом. Он состоит в том, что при наложении электрического поля появляется пропорционазьная полю намагниченность, а при наложении магнитного поля появляется электрическая поляризация, пропорциональная этому полю. В общем случае для таких сред справедливы соотношения: В = е Е г- Н, В = РН а х Е', где и н гу — магнитоэлектрические тензоры, с — диэлектрическая проницаемость ц — магнитная проницаемость вещества. Представляют интерес для их использования в качестве динамических неоднородностей зксилнгны и гголя)гггягаггы. Экситоны представляют собой электронное возбуждение в крн сталле диэлектрика или полупроводника.
распространяющееся по кристаллу в виде вол ны, но не связанное с передачей электрического заряда нли массы. При освещении кр к исталла могут возникнуть поляритоны, представляющие собой квантовые квазичастнгз нцы, возникающие при взаимодействии экситона и оптического фонона с фотоном. Эти э" экзо. тические квазичастицы способны переносить информационный сигнач и могут быть ть использованы в устройствах функциональной электроники. 3.1.2.
Кентинуальные среды споль В качестве конгннущгьных сред в функциональной диэлектрической электронике исп понизуются, как правило, активные диэлектрики Под активными диэлектриками булем и неод мать диэлектрические материалы, в которых могут быть возбуждены динамические " 3. Функциональная диэлектрическая электроника б73 норолности и которые предназначены лля процессов генерации, усиления, преобразования и хранения информационных сщ.напав.
Активные диэлектрики существенно отлича!отса от пассивных, которые применязотся в основном в качестве электроизаляционных материалов. Овойства активных диэлектриков зависят от воздействия на них определенных физических полей: механических, тепловых, электрических, магнитных. результатом взаимодействия структуры диэлектрика и палей является генерация динамических неоднородностей определенной физической природы.
Активные диэлектрики, используемые в качестве континуальных сред в приборах и устройствах функциональной диэлектрической электроники, обладают широким наборолт свойств, определяемых мщом воздействуктщих физических полей: механических. тепловых, электрических, магнитных, оптических. В результате анализа континуальных сред удалось систематизировать свойства диэлектриков в зависилтостн от воздействующих на них физических полей. На рис. 3.2 схематично представлены информационныс поля, отражающие различные физические взаимодействия в активных диэлектриках. В соответствии с принятой системой классификации пранумеруем различные свойства активных диэлектриков в зависимости от типов информационных палей. Область, ограниченная координатами 1.1 — 2.!.
1.3 — 2.1, !.1--2.3, !.3--.2.3 представляет собой термоупругие свойства диэлектриков. Рис. З.а. Системный анализ свойств активных диэлектриков тзх тто~ Часть !К Функциональная электрону„ б74 (Зьезоэлектрнки располагаются в области, ограниченной координатами 1.1 — 3.1, 1.3 — 3 1 1 1 — 3.5, 1.3 — 3.5.
Их основным свойством является наличие поляризации, направление н уровень которых могут быть изменены при внешних воздействиях. Различают прямон пьезоэлектрический эффект, заключающийся в поляризованности Р диэлектрика в зав„ симости от механического напряжения а, описываемый соотношением Р=г!с, где г! — пьезомодуль. В обратном пьезоэлектрическом эффекте деформация )( линейно зависит от поляризоваи ности Р в соответствии с соотношением где сь (в — 1) здесь в — диэлектрическая проницаемость диэлектрика, г,— константа. Заметим, что пьезоэлектрические материалы анизотропны.
Их пьезоэлектрические, диэлектрические и упругие свойства описываются набором компонент пьезомодутей Нч, упругих константам диэлектрических проницасмостей с„по разным направлениям. Каждая ячейка описываемой информационной области облалает рядом замечательных свойств и определяет тип пьезоэлектриков. Сегнетоэластики занимают ячейку с координатами 1.2 — 3.2 и описываются зависимостью Р= Р(у). Пьезополупроводники располагаются в ячейках с координатами 1.2 — 3.5 и, как правило, представляют собой пленки СдБ, ХпБ, ХпО с низким значением с (< 10) и с выраженной зависимостью р = р(2), !1 яраэлекпгрикя представляют собой класс активных диэлектриков, в которых происходит поляризация при однородном по объему изменению температуры. Этот класс располашстся в информационной области с координатами 2.! — 3.1; 2.3 — 3.1; 2.1 — 3.5; 2,3 — 3.5.
Спонтанная или остаточная поляризация Р зависит от температуры Р =. Р(Т), и для количественного описания вводят лирокоэффиниелтр, опредсляемый выражением г!Р Р= г(Т Все пироэлектрики обладаю~ обратныл1 электрокалорическим эффектом, потому что нх температура изменяется при поляризации. Особый интерес для функционш1ьной электроники представляют собой сегнетаэлскгрн ческие континуальные среды, имеющие доменную структуру.
Каждый домен обладает спонтанной поляризацией, уровень и направление которых могут быть изменены внеш ними полями, например электрическим. В отличие от пироэлектриков, у которых напра п авление вектора поляризации Р строго фиксировано, у сегнетоэлектриков суммарная г'о цоляРизация зависит от поляризации отдельных доменов. На рис. 3.2 сегнетоэлектрики за занимают область с координатами 3.
! — 3.2. ~е сег- В зависимости от вида поляризации различают ионные, дипольные и несобственные нетоэлектрнки. В ноялых ггглешоэлектриках ячейка имеет вид куба типа АВОь по д, о вершинам которого расположены ионы типа А(Ва', РЬ ", К ...), в центре ионы типа б' я з . * б(Т!", )чЬ ), а в центрах граней ионы кислорода О . Если ионы типа б находятся в центре 4 2 е элельных ментарной ячейки (рис. 3.3, а), то центры зяжести положительных н отрицатель ионов совпадают и общий дипольный момент равен нулю. Смешение иона б(Т1, на " 3. Функциональная диэлектрическая алекграника 575 мер) из центра кислородного оьтаэдра приводит к разбалансировке н возникновению дипольного момента Р, направленного в сторону смещения (рис.
3.3, б), Спонтанная поляризация в сегнетоэлектриках такого типа является следствием упорядоченного смещения ионов и представляст собой фазовый переход типа смещения. К ионным сегнетоэлектрикам относятся структуры типа перовскита (СаТ)Оз), титанат бария (ВаТ10,), титанат свинца (РЬТ1Оз), ниобат калия (К)к)ЬОт) и т. и. В элементарной ячейке дипольных сегнетоэлектриков содержатся атомы с двумя положениями равновесия, электрическая поляризация которой и определяется взаимным положением атомов.
На рис. 3.3, в представлено взаимное расположение ионов при положительном и отрицательном направлениях дипольного момента (рис. 3.3, г). Фазовый переход в дипольных сегнетоэлектриках, происходящий в точке Кюри, называется переходом типа "порядок †беспоряд". б) а) г) в) Рис. 3.3. Элементарные ячейки сетнетозпектрнков. ионный тнп в нвпопярнзоввнном (в) н поляризованном (б) состояниях, днпопьный тнп прн положительном (в) н отрицательном (г) днпопьных мОментах К дипольным сегнетоэлектрикам относятся сегнетова соль (ХаКСкН,Ок 4НзО), трнглицннсульфат ТГС (ННзСНзСООН), НтбО„нитрид натрия (Ха)к)От) и т.
и. К особой группе о~носятся несобственные сегнетоэлсктрики, в которых спонтанная поляризация обусловлена, например, деформацией кристаллической решетки при фазовом переходе. К этому типу относятся молибдат гадолиния [Сбз(МоО,)з). лангбейниты, [Т(тСк)з(ВОД„фторбериллат аммония [()к(Нк)тВер) и т. п. Кристаллы. в соседних ячейках которых одноименные ионы смещены в противоположных направлениях, называются анвнсегнгннтзлектрпхитс Спонтанная поляризованность антисегнетоэлектриков равна нулю. При наложении сильного электрического поля антисигнетоэлектрик может переходить в сегнетоэлектрик с параллельной ориентацией диполей.
Отличительной особенностью антнснгнстоэлектриков является наличие двойных петель диэлектрического гистерезиса. Часть )И Функциональная электроника 67Б К антисегнетоэлектрикам относятся кристаллы цирконата свинца (РЬ7пО,), ниобата наг. рия (ЫаЫЬОз), гафната свинца (РЬН10,), дигидрофосфата аммония АОР (НН4НзРО4) и т. п У Сегнетоэлектрики облалают повально большилз удельным сопротивлением (р > 1О Ом м) Однако существуют такие сегнетоэлектрики, у которых значение р соответствует полу. проводникам. Можно искусственно снизить значение р, например, ионным легированная, и получить новый тип сегнстоэлектрика — сегяелюполупровойшк.
К ним относятся ве. щества В)ГеОз, РЬТ)0, и др. Эти вещества занимают ячейку с координатами 3 2 — 3 5 (рис, 3.2). Весьма перспективными являются полимерные сегнетоэлектрические пленки, нанесенные на поверхность кремния. Пленки наносятся методом литья из раствора винилиденфторида СН,— СГ, и трифторэтилена СН,— Г,— СНà — СГ, в ацетоне с последующим осаждением при температуре + 20..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
