Введение к работе
Актуальность темы. Исследование тонких сегнетоэлектрических пленок представляет как фундаментальный, так и прикладной интерес. Особое значение имеет изучение механизма переключения з тонких сегнетоэлектрических пленках, имея в виду их использование в элементах памяти. Последние годы особый интерес представляют сегнетоэлектрические пленки типа Pb(Zr,Ti)03 (PZT) и Pb(Zr,Ti)03:La (PLZT) и механизм их переключения. Наряду с методикой магнитного распыления в последнее время усовершенствована так называемая sol-gel методика, которая позволяет получать совершенные пленки толщиной порядка І мкм. Кинетика переполяркзащш этих пленок связана с механизмом зародышеобразования, формой доменов и скоростью их прорастания. Здесь выполнен ряд теоретических работ, из которых важнейшая и наиболее широко цитируемая теория Ишнбаши-Такаги.
Одним из новых интересных явлений, наблюдавшихся в пленках PLZT и PZT, является фотогистерезисный эффект [1]. Он заключается в том, что при одновременном освещении пленки светом в области собственного поглощения во внешнем постоянном электрическом поле наблюдаются изменения формы петли диэлектрического гистерезиса: первое - уменьшение спонтанной поляризации (сжатие петли) и второе - сдвиг петли вдоль оси поля. Первый эффект наблюдается при. предварительной поляризацій! на свету во внешних полях ниже коэрцитивного, а второй - в полях порядка и больше коэрцитивного. Эффект обладает памятью и сохраняется в пленке длительное время. Фотогистерезисный эффект может стираться. Для этого к пленке прикладывается переменное поле выше коэрцитивного и одновременно она освещается светом в области собственного поглощения.
В 1995 году в лаборатории профессора Л.М.Блинова (ИК РАН)
были впервые получены на основе органического сегаетоэлектрика
вннилиденфторида с трифторэтиленом (ВДФ-ТрФЭ) ( -(СН2-
СРУм~(CF2~CHF)m~ ) сегнетоэлектрические ленгмюровские пленки.
Полученные на основе этого сополимера сегнетоэлектрические
ленгмюрозские пленки толщігаой порядка нескольких монослоев (от
25 ангстрем и выше) дали возможность исследовать
сегнстоэлектрическое переключение для пленок столь тонких толщин,
в которых ранее ни переключение, ни другие сегнетоэлектрические
свойства вообще не исследовались. По-сушеству речь идет об
исследовании двумерных сегнетоэлектрических кристаллов.
Процессам сегнетоэлектрического переключения
сегнетоэлектрических ленгмюровских пленок посвящена третья глава настоящей диссертации.
Цель работы.
Конкретными задачами данной работы явились:
1. Изучение механизма фотогастерезисного эффекта в
сегнетоэлектрических пленках PLZT и PZT в связи с применением
этих пленок фирмой Sandia (США) в качестве элементов памяти и
фоторезисторных материалов.
2. Изучение процессов переключения впервые полученных в ИК
РАН сегнетоэлектрических ленгмюровских пленок на основе
сегнетоэлектрического сополимера ВДФ-ТрФЭ. N..
Объекты исследования.
Объектами исследования были пленки сегнетоэлектрической керамики PLZT и PZT, нанесенные на подложки Pt/Ti/SiOj/Si sol-gel методом. Сверху на керамику напылялось г несколько рядов полупрозрачных Pt электродов 10 нм толщиной и размером 1x1 мм2. Толщина пленох составляла от 0.3 до 3 мкм. Соотношение Zr : Ті было 30 : 70 мол.%, а в PLZT пленки дополнительно вводилось 4 мол.% La по отношению к РЬ.
Л-Б пленки ВДФ-ТрФЗ состояли из 10-40 монослоев, которые наносились на подложки методом Ленгмюра-Блоджетг с предварительно напыленным нижним электродом из А1. Поверх пленки напылялся А1 электрод. Использовались гранулы сополимера ВДФ-ТрФЭ (70:30 мол.%).
Научная новизна работы.
" 1. Подробно исследован фот'огастерезисный эффект в пленках PLZT и PZT, полученных методом sol-gel. Исследования проведены в широком диапазоне длин волн для разной величины предварительно приложенного постоянного поля. Изучено также оптическое стирание фотогистерзисного эффегга.
-
Впервые изучен механизм фстогистерезисного эффекта в пленках PLZT и PZT. Уравнение Ишибаши -Такаги использовано для описания кинетики переполяризации при наличии неравновесных носителей тока. На этой основе получена теоретическая формула, описывающая величину фотогастерезисного эффекта как функцию интенсивности падающего- света. Эксперименальные результаты находятся в удовлетворительном согласии с предложенным механизмом.
-
Впервые обнаружено переключение сегнетоэлектрических ленгмюровских лленок на основе органического сегаетоэлектрика ВДФ-ТрФЭ. Обнаружен'новый эффект, который заключается в том, что сегнетоэлектрическре переключение ленгмюровской пленки ВДФ-ТрФЭ сопровождается изменением проводимости на несколько порядков. Предложен механизм этого нового явления.
Практическая ценность.
Результаты изучения механизма фотогистерезисного эффекта в сегнетоэлектрических пленках PLZT и- PZT расширяют уже имеющиеся применения этих материалов в элементах памяти и в качестве фоторезисторных пленок. Полученные результаты показывают,, что оптимальное использование фотопістерезисного эффекта имеет место при временах переключения , сравнимых с временем максвелловской релаксации. Это уточняет значения электрических полей и интенсивностей света, при которых величина эффекта максимальна.
Что' касается сегнетоэлектрических ленгмюровских пленок, то как сами пленки, так и эффект их переключения по существу открывают новую главу в изучении природы сегнетоэлектриков и их применения.
Апробация.
Основные результаты работы были представлены на: 7-й международной конференции по организованным молекулярным пленкам (Италия, _ 1995г.), 8-й Европейской конференции по сегнетоэлектрикам (Ниймеген, Нидерланды, 1995г.), 6-й конференции по диэлектрикам (Бледе, Югославия, 1996г.), на конкурсе научных работ ИК РАН в 1995 год)'. . ^
Публикации.
По теме диссертации имеется 5 публикаций, их список приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глав и выводов. Обший объем доссертации 119 страниц, включая 35 рисунков и библиографию из 116 наименований.