Введение к работе
;'. ;. J
Згд'зл" І
:артщи%йтуальность темы.. Характерной особенностью сегнетоэлектриков является наличие доменов, которые могут перестраиваться электрическим полем. Несмотря на большое количество публикаций, посвященных изучению доменной структуры, остаются проблемы, требующие проведения дальнейших исследований, направленных на выявление механизмов ее формирования. Так, в результате фазового перехода в одноосных кристаллах, как правило, формируются встречные домены с заряженными стенками, существование которых, казалось бы, энергетически невыгодно. Однако стабилизация структуры встречных доменов возможна за счет экранирования свободными носителями при достаточной объемной проводимости. Длительное приложение электрических полей приводит к необратимой перестройке встречных доменов, в результате чего образуются сквозные домены с незаряженными стенками. Представляются недостаточно изученными вопросы влияния неоднородностей состава легирующих примесей и поверхностных слоев на формирование доменной структуры и процессы ее перестройки.
' Доменная структура существенно влияет на электрофизические свойства кристаллов, поэтому технические устройства на основе сегнетоэлектриков требуют создания вполне определенных доменных конфигураций. В ряде случаев необходимо формировать сквозную доменную структуру с незаряженными доменными стенками, поскольку заряженные доменные стенки затрудняют процесс переключения поляризации и изменяют оптические характеристики кристаллов, тем самым препятствуя применению сегнетоэлектри-ческих материалов в технике.
Таким образом, формирование доменной структуры в результате фазового перехода и последующего охлаадения, а такае перестройка ее в электрическом поле являются актуальными задачами физики сегнетоэлектриков и касаются фундаментальных проблем физики фазовых превращений.
Диссертационная работа выполнена в рамках исследований, проводимых в. отделе оптоэлектроники и полупроводниковой техники НИИ ФПМ при Уральском государственном университете им. А.М.Горького согласно постановлению ГКНТ при СМ СССР N 357
от І0.07.79 г. ії в соответствии с координационным планом Ш>Т IC5P л ННОКР по проблеме "Получение и применение сегяето- ir пьезоэлектрических материалов" на 1681-1885 гг., задание Н ОЦ.015.05.02, а таете координаційну,! планом /Jі СССР по направлении 1.3 "Физика твердого тела" на 1886-1030 гг. Цель работы
-
ВшЕление на основания комплексних экспериментальных исследований германата свинца «аханнзмов формирования домаїпісн', структури одноосного сегнетоелектрики в результате фЗЗОЕОГО перехода н последующего охлаждения.
-
Экспериментальное исследование процессов перестройки в электрическом пола дсыешюй структури, содержщеи заряженные доменные стенки, с одноосном сегкегоэлектрп;;с.
.Объекты исследования. В качестве основного материала дал исследований был еыбран одноосный сегнетоэшетрик гермакат свинца (ГС) PbgGegOjj. Он обладает сравнительно простой доменной структурой, состоящей кз 180-градусных доменов. Оптическая различимость сквозных доиеиов, небольшие коэрцитивные поля и сравнительно низкая температура фазового перехода (4Б0 К) в сочетании с достаточно лолной информацией о физических свойствах позволили использовать ГС как модельный кристалл для выявления механизмов формирования и перестройки доменкой структуры.
Для расширения общности полученных результатов подобные исследования проводились на двуосном сегнетоэлектркке титанате висиута Bi^Tig0j2i которые имеет довольно слоакуа доменную структуру, состояіду» из 180-и 90-градускых оптически различимых доменов к относительно высокую температуру фазового перехода (S48 К).
Кроме того следует отметить, что оба исследуемых ште-рлала является перспективными с точки зрения их использования в устройствах вычислительной техники и оптоэлектроники [1,2].
Научная новизна работы заключается в следующем:
Впервые с помощь» селективного химического травления и скалывания по плоскостям спайности проведены экспериментальные исследования форкы и размеров доменов в исходной доменной структуре (НДС), формирующейся в результате фазового перехода и последующего охлаадения в образцах ГС с различной ориента-
і;;іоГї с.оон рост;». Иоследомяасі как естественная НДС, форшїру-ім;,;;лол і/оо;;р лц^.їїпмнпя кристаллов, таї; и искусственная ІЩС, і[ор:,;;:ру;-л:;алгл после тор.чг-іоскоіі деполяризации. .
О5."!зруг\-!го, что з ссрпсцах со слоями роста, перпеядшсу-ляр::;.глг полярне;; оси, !ІДС состоит иа чередующихся по калраиле— їіі'о рс !.:о;іог;о^'.с-!-ц';к слооа, разделенных зсрят.еншлш стенкаии с периодом :: ьу:ул:иі\лг-и с;:ооп роста. В образцах со слоями роста, л г; pv; к-л і,.-;..!/;; голлрнсл ос;;, НДС состоит из вытянутых вдоль полярно;! оси д.:.\:;;;сгз с ;;зб:'листымя стенками,
В оссгмрзх с ;:с;г/оо7а:шгой НДС вблизи полярных срезов до-і!ол;і;;толь;:о сй:^ру:?аа ноподоменные слои, перпендикулярные полярной оси.
Оо'р-и'Ой'.-.нп'З заряде нык доменных стенок связывается с гф-р5ктлл!п;ь;і поллгдг дефектов, а монодоменных приповерхностных слоеп в иску^ствзннсй ИДО с поверхностным изгибом ЭНЗрГеТИЧеС-КЛХ ООН,
С понслрлз измерения г-: в образцах с ЙДС, формирующейся в результат; охларронпЯ чгроз фазовый переход с приложением постоянного электрического поля различной напряженности, опрэде-ленн параметра распределения внутренних эффективных полей дефектов ответственных за образование заряяенных доменных стенок.
Сделано предположение, что вблизи фазового перехода в образцах со слоями роста, перпендикулярными полярной оси, образуется доменная структура, содержащая плоские заряженные стенки. При дальнейшем охлаадении их форма усложняется га счет внутрнсбъемного переключения поляризации под действием деполяризующего поля. Сформировавшаяся доменная структура закрепляется за счет объемного экранирования заряженных доменных сте-зок.
Наличие мелких доменов в приповерхностных слоях образцов ; искусственной ВДС, вероятно, связано с ветвлением доменной :труктуры в области локализации объемного заряда.
Исследованы условия формирования равновесной лабиринто-юи доменной структуры, состоящей из сквозных доменов, при «лавдении образцов через фазовый переход с прилоаенкеи пере-іенного электрического поля и его последурадш плавным уыень-іением.
Впервые с помощью селективного химического травления, скалывания и диэлектрических измерений исследована перестройка ИДС в ГС под действием переменного и постоянного электрических полей. Обнаружено, что перестройка ИДС представляет собой смещение заряженных доменных стенок вплоть до их аннигиляции и сопровождается перераспределением объемных экранирующих зарядов.
Научная и практическая ценность. В работе получены новые сведения о механизмах формирования доменной структуры ГС в результате фазового перехода и последующего охлаждения с учетом влияния дефектов и поверхностных слоев, а также о процессах перестройки в электрических полях. Развитые представления косят общий характер к применимы для других сегнетоэлектриков. Результаты исследований открывают широкие возмоаности для создания доменных структур заданной конфигурации и могут быть использованы при изготовлении устройств вычислительной техники и оптоэлектрокики на основе сегнетоэлектриков.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на семинаре "Пьезо- и сегнегоэлектрики в' электронике и приборостроении" (Москва, 1983), на Всесоюзном семинаре "Фазовые переходы в сегнетоэлектриках" (Москва, 1934), 2-ой Всесоюзной конференции "Получение и применение сегнето- и пьезоэлектрических материалов в народном хозяйстве" (Москва, 1984), 3-ей Всесоюзной конференции "Получение и применение сегнето- и пьезоэлектрических материалов в народном хозяйстве" (Москва, 1987), 12-ой Всесоюзной конференции по физике сегнетоэлектриков (Ростов-на-Дону, 1989) и на Международном симпозиуме по доменной структуре сегнетоэлектриков и родственных материалов (Волгоград, 1989).
Публикации, Основные материалы диссертации опубликованы в 12 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы; содержит 160 страниц, включая 46 рисунков и 3 таблицы. Список литературы содержит 149 названий.
_ 8 -
