Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 143
Текст из файла (страница 143)
22 'С. Толщина пленок лежит в пределах от 6 до 20 мкм, На пересечении информационных полей электрических и магнитных свойств диэлектриков (см, рис. 3.2) располагаются сегнетопагнптиыв красщаялы. Отличительной особенностью структуры сегнетоэлектриков является сосуществующие магнитная и злсктриче . окая взаимопроникающие решетки.
Они образованы частицами, несущими электрические и магнитные дипольные моменты. В диэлектриках этого класса обнаружен магнитоэлектрический эффект. Его сущность состоит в толп что в веществах определенной симметрии при наложении электрического тюля появляется нама1 ниченность, пропорциональная полю, и при приложении магнитного поля появляется электрическая составляющая, пропорциональная поло. Сегнетомагнетики перспективны для устройств функциональной электроники второго поколения. где всзможна интеграция эффектов и явлений за счет присутствия в среде спонтанной поляризации Р, и спонтанной намагниченности 1)ь К сегнетомагнетикам прежде всего относятся перовскитные соединения типа ферровольфрамат [РЬ(ГеазЦгиз)Оз] и Феррониобат свинца (РЬ(Ге,„кЬп,)Оз), а такзке феррит висмута (В(ГеОз), ренийсолержащие перовскиты (ВгзСойеОм 5ти)кеО,), сегнетомагнитные борациды (МйзВ,ОзС)) и т.
п. Континуальные среды, соответствующие ячейкам информационного поля с координатами 1.1 — 4.1, 1.3 — 4.1, 1 3--4.3, !.! — 4.3 (см. рис, 3.2), обладают магнитострикционными свойствами, а расгюложенные в информационном поле 2.1 — 4.1, 2.3 — 4,1, 2.1 — 4.3, !.1— 4.3 — магнитокалорическими. Менее изучены свойства континуальных сред на пересечении оптических взаимодействий с механическими, тепловыми, электрическими и магнитными. В ячейках с координаталзи 1.2 — -5.1 и 1.2 — 5.2 среды обладают упругпоптическим эф фектом, с координатами 2.1 — 5.1 и 2. ! — 5 2 — термооптическим эффелтом (см.
Рис. 3 2) Свойства сред, расположенных в ячейке 3.1 — 5. 1, описываются эффектом Поккельса л =7(Е) и эффектом Керра — а — - Г(Е ). Среды, обладающие фоторефрактивным эффек том Лл = Е()), расположены в ячейках с координатами 5.1 — 5.3. Проведенный системнь'н анализ диэлектрических континуальных сред позволяет более эффективна осуществля~~ их выбор для перспективных процессоров и запоминающих устройств. 3.1.3.
Генераторы динамических неоднородностей елях Генерирование динамических неоднородностей в диэлектрических континуальных сред с~вах осуществляется физическими полями. динамические неоднородности в устройст~ авз 3, Функциональная диэлектрическая электроника 877 диэлектрической электроники, как правило, не перемещаются в континуальной среде. Информационный сигнал передается за счет изменения локальных физических свойств среды, прежде всего за счет локальных палей. При приложении электрического поля с полющью статических неоднородносзвй соотвстствуюгдей конфигурации к сегнетоэлсктрику в нем |енерируется неоднородность в виде домена определенной поляризации.
При приложении электромагнитного поля к сегнетоэлектрикам (например. К(>Р, Л(>Р и др,) можно получить динамические неоднородности, изменяющие оптическую плотность среды и способствующие линейному преобразованию падающего излучения. В любом случае реализуется элемент конструкции — генералюр динппических неоднородностей. 3.1.4. Другие элементы приборов В приборах и устройствах диэлектрической электроники управление динамическими неоднородностями, как правило, носит статический характер и осуществляется с помощью меняющихся физических полей, в зависимости от типа выбранной динамической неоднородности.
Детектором динамических неоднородностей является, как правило, локальная область, изменяющая свои свойства под действием физических полей. Считывание информации можно осуществлять и сканирующим детектором. В этом случае имеет смысл говорить о распределенном детекторе. 3.2. Приборы и устройства функциональной диэлектрической электроники 3.2.1. Слоистые структуры В приборах диэлектрической функциональной электроники используются, как правило, слоистые струкл(уры.
Слой активного диэлектрика применяется для хранения нли абработки информации, а ввод и детектирование информации осуществляется в других слоях с соответствующими статическими неоднородностями. Например, в структурах "сегнетоэлектрик — полупроводник" используется эффект поля.
В этом случае свойства полупроводника определяются состоянием поляризации сегнетоэлектрика. Если сегнетоэлектрик деполяризован (Р = 0), то на границе раздела "сегнетоэлектрик-- полупроводник" п-типа пет изгиба зон (рис. 3.4,а). Собственный уровень Ферми Еш представляет собой прямую линию, а основные носители смешаны в полупроводнике с неосновными.
При поляризации сегнетоэлектрика (- Р) у границы раздела в пол>проводниковом слое образуется слой накопления основных носителей. Происходит изгиб зон, включая уровень Ферми, и при этом поверхностная плотность больше объемной плотности (рис. 3.4, 6). Если переполяризовать сегнетаэлектрик (з Р), та у границы раздела в полупроводнике образуется слой обеднения основными носителями. Зоны изогнуться в противоположную сторону и поверхностная плотность будет меньше объемной плотности зарядов (рис. 3.4, 4). В таких структурах информация, соответствующая одному из направлений вектора спонтачной поляризации, моязет быть считана по изменению поверхностного позеициала полупроводника.
Время перезаписи информации определяется временем переполяризации. Часть! и Функционапьнаа электроника В таких слоистых средах большое значение имеют электрические поля в сегнетоэлектри ках. Поле спонтанной поляризации должно быть меньше коэрцитивного. В этом случ энергия переключения знака поляризации меньше затрачиваемой энергии.
Одновременн~ должно соблюдаться условие, при которолз уровень коэрцитивного поля меньше уровн„ электрического пробивного поля. Это условие позволит производить переполяризацш сегнетоэлектрика без его разрушения. Управляемость поверхностным потенциалом полупроводника в структуре типа "металл сегнетоэлектрик — полупроводник" (МСЭП-структура) существенным образам зависит с качества границы разлела, от фиксированного в сегнетоэлектрике заряда, заряда, захва.
ченного на поверхностных состояниях Я э, и заряда, захваченно~о на поверхностных оэ стояниях Дэз. в) б) а) Рис. Зяь изменение свойств полупроводника при изменении поляризации сетнетоэпектрикэ Весьма перспективной является структура "сегнетоэлектрик — фотополупроводник". Такая структура помещается между оптически прозрачными проводящими электродами. При локальном освещении гюлупроводника его сопротивление уменьшается, и все напряжение между проводящими электродами падает на слой сегнетоэлектрика.
В освещенных областях сегнегоэлектрик переполяризуется. Возникающее пространственное распределение поляризации сегнетоэлектрика соответствует распределению освещение сти и позволяет осуществить оптическое считывание. 3.2.2. Устройства памяти Использование диэлектрических материалов при создании запоминающих устройсп' весьма перспективно для создания новых приборов, характеризующихся энергонсзависи люстью, высоким выходным сигналом, устойчивостью к воздействию перегрузок и Ра лиации. По функциональному назначению эти устройства близки к репрограммируем" емым полупроводниковым Зу (РПЗу), Одними из первых устройств этого типа были сегнето электрические ЗУ, изготовленные на поликрнстазлической сегнетокерамике типа цир и коната-титаната свинца (РХТ-керамика). форме Запоминающее устройство изготовлялось на основе керамической пластины з' в фор м налиска или прямоугольника, фрагмент которого изображен на рнс.
3.5. Термическиьз оыв пылением в вакууме на внешнюю поверхность наносились металлические электрод форме секторов или прямоугольников д С другой стороны наклеивался сплошной м зле к. грод из латуни илн инвара 3, который служил общим электродом и для еше одной " " пла. . '3. Функциональная диэлектрическая электроника б79 птицы РХТ-керамики 4 со сплошным электродом 5, присоединенной снизу. Такая слоистая структура из двух типов сегнетоэлектриков с электродами между ними представляет собой твердотельную память на диэлектрике. Рис. З.В.
Фрагмент устройства памяти иа сегиетоэпвктрической Р2Т-керамике Первоначально сегнетоэлектрнк имеет остаточную поляризацию, например, отрицательную, при которой вектор остаточной поляризации -Рз направлен вниз. Этому состоянию памяти можно приписать хранение во всех разрядах информационных нулей. Это же состояние можно сформировать путем переполяризации секторов (разрядов) памяти, подавая отрицательный импульс напряжения с помощью коммутаторов б и 7. Программирование запоминающего устройства происходит путем записи двоичной единицы информации в соответствующий разряд памяти (+ Р,). С этой целью туда необходимо подать положительный импульс напряжения соответствующей комбинацией комму~второе 6 и 8.
Амплитуда и длительность положительно~о импульса определяешься процессом локальной переполяризации сегнетокерамики. После снятия напряжсния записи заданное направление поляризации сохраняется в силу гистерезисных свойств сегнетокерамики. Процесс считывания двоичной инфорлзации основывается на пьезоэлектрических свойствах сегнетокерамики. Так, если к электродам 3 и 5 ссгнетокерамики 4 приложить напряжение с помощью коммутатора 9, то возникнет механическая деформация.
Импульс деформации от из1 ибающего элемента 4 пройдет через сегнетокерамику 2 и индуцирует иа секторных электродах заряд, соответствующий ранее записанной двоичной информации. Этот заряд может быть считан как соответствующий ему потенциал с помощью коммутатора б и, таким образом, расшифрована ранее записанная информация. Такая память на изгибающем элементе требует довольно больших входных сигналов (-15 В), способных вызвать значительные механические деформации и, соответственно, большие значения выходных сигналов (- 2 В). В процессе совершенствования конструкции сегнетокерамику 2 и 4 из~отваливают из нескольких различных составов, с разными значениями коэрцитивной силы, что позволяет оптимизировать соотношения между амплитудами импульсов записи и считывания информации, выоирать резонансный или нерезонапсный режим работы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
