Главная  Развитие электрики 

[0] [1] [2] [3] [ 4 ] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43]

причем период структуры определялся градиентным распределением примеси. Во втором методе для создания области с инвертированной поляризацией одновременно с нагревом до температур, близких к Тс, осугцествлялась диффузия попов титана или протонов в кристалл, или, наоборот, диффузия ионов кислорода или ионов, образуюгцих регаетку, из кристалла [48, 75].

В какой-то мере близким к рассмотренному выгае является способ создания ПДС с номогцью сканирования поверхности сегпетоэлектрика узким электронным пучком [76]. Для создания доменов микронного размера использовался пучок сканируюгце-го электронного микроскопа.

Обгцим для этих методов является возникновение больпюго количества свободных электронов, которые формируют область пространственного заряда. Образуюгцееся при этом электрическое поле, направлепное навстречу полю спонтанной поляризации, ответственно за инверсию поляризации, особенно при высоких температурах.

Микроскопическая модель образования свободных электронов наиболее полно разработана для LiNbOa и основана на диффузии ионов кислорода и лития из кристалла при высоких температурах [41]. При этом возпикаюгцие вакансии замегцаются либо структурными ионами ниобия, либо примесными ионами (иттрий, титан и др.). В обоих случаях различие в зарядовых состояниях диффундировавгаих ионов по отногаению к структурным или примесным ионам приводит к генерации свободных электронов из вакансионных центров, которые создают зарядовую компенсацию процесса выгаеуказапного замегцепия. Электроны, высокая концентрация которых располагается вблизи поверхности, будут затем диффундировать в глубь кристалла, формируя поле пространственного заряда Е. При двухсторонней диффузии ноле Е будет антинараллельно нолю спонтанной поляризации вблизи +С полярной поверхности, где и происходит переключение поляризации.

Величину созданного свободными электронами электрического поля можно представить в виде

где Кб - постоянная Больцмана; д -заряд носителей; TV -градиент заряженных центров N вдоль оси поляризации; п -концентрация электронов.

Качественные оценки значений Е, выполненные па основе экспериментальных данных по профилю концептраций N



1.2. оптически индуцированные домены и пдс

В 1966 г. исследователи лаборатории фирмы «Белл» [77] обнаружили возникновение оптически индуцированной неоднородности показателя преломления в кристаллах ниобата и танта-лата лития. Этот эффект, вначале получивгаий название оптического повреждения {optical damage), затем был переименован в фоторефрактивный эффект (ФРЭ). В носледуюгцие годы фото-рефрактивный эффект был обнаружен и в значительном числе других оксидных кристаллов, обладавгаих электрооптическим эффектом, например, в ВаТЮз, Bii2(Si,Ti,Ge)02o, KNbOs и ряде других [78-80].

Фоторефрактивный эффект в динамике своего развития проходит через несколько стадий. Вначале пространственно неоднородный лазерный пучок (обычно в виде круга или полоски) возбуждает неподвижные носители заряда. Их энергетические уровни расположены в запрегценпой зоне диэлектрика (рис. 1.4), так что для возбуждения достаточно энергии пучка видимого диапазона. Такими носителями заряда могут быть примесные парамагнитные ионы или структурные центры (дефектные центры). Обгцим для них является то, что ионы обладают неременной валентностью, которая может изменяться при внеганих воздействиях (термическом или оптическом). Вследствие этого они могут быть как донорпыми, так и акцепторными центрами.

На следуюгцем этапе фотовозбужденные электроны (или дырки) начинают мигрировать из освегценной области в неосве-гценную, т. е. возникает перенос фотоиндуцированных свободных носителей. Этот процесс переноса может осугцествляться посредством трех механизмов: диффузии за счет градиента концентрации свободных носителей, дрейфа в приложенном электрическом ноле и дрейфа во внутреннем ноле, вследствие фотовольтаического эффекта. Вследствие переноса свободных носителей процессы возбуждения электронов (дырок) и

в ниобате лития, показали [63], что ипдуцированпые электрические поля при температуре 1100 °С могут достигать значений 200-300 В/см, что вполне достаточно для нереполяризации сегнетоэлектриков даже с больгаим коэрцитивным полем. Например, для LiNbOa при такой температуре поле переполяризации составляет всего 5 В/см [41]. Глубина созданных такими способами инвертированных доменов может достигать 500 мкм. Подобная модель справедлива и для других оксидных сегнетоэлектриков.



процессы их рекомбинации пространствепно разделяются. Соответственно происходит пространственное перераспределение концептраций неподвижных носителей заряда, что приводит к нарушению первоначальной зарядовой компенсации. В результате возникает поле пространственно перераспределенных зарядов.


с-/с


Рис. 1.4. Обобщенная модель фоторефрактивного эффекта

Именно это поле посредством электрооптического эффекта создает локальное изменение показателя преломления п [27, 28]:

An = -nlrEd,

(1.4)

где По - показатель преломления обыкновенного луча; г - соответствующий направлению распространения и поляризации оптического пучка электрооптический коэффициент.

ФРЭ наблюдался во всем видимом оптическом диапазоне (0,3-0,8 мкм) и даже в ближайшем инфракрасном диапазоне для ряда кристаллов [78, 79].

В беспримесных (номинально чистых) кристаллах, в которых концентрация примесных ионов не превышает 10-10 см~.



[0] [1] [2] [3] [ 4 ] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43]

0.0008