Введение к работе
Актуальность тены. Успехи фчэики, технологии и перспективы применения тонких сегнетоэлектрических пленок отражены в ряде об-ворных работ последнего времени. В частности, установлены некоторые особенности проявления сегнетоэлектрических свойств в пленках и предприняты попытки интерпретации обнаруженных вако-номерностея 11]. На основе поликристаллических пленок совданы макеты энергоневавиеиных ячеек памяти, пироэлектрических приемников электромагнитного получения и др., а на основе гетеро-эпитаксиальных пленок - макеты уникальных электрооптических устройств 12].
На фоне этих достижения весьма скромными представляются результаты исследования пьевоэффекта в сегнетоэлектрических пленках. В единичных работах по этой тематике представлены данные качественного характера, свидетельствующие чаще всего о "естественной" поляривоввнности пленок; нет информации о величинах пьезоэлектрических ковффициентов, об условиях соодания устойчивого поляривованного состояния, температурной стабильности, о свяаи между пьеаоактивностью пленок и особенностями их атомного и надатонного строения и пр. Соответственно, нет и анализа воаиожкостеи применения пленочных сегнетоэлектрических электромеханических преобразователен.
Скааанное выше, по видимому, позволяет считать тему настоящей работы актуальной.
Цели и задачи работы:
і. Изучение и интерпертация особенностей проявления сегнетоэлектрических и пьезоэлектрических свойств в полнкрнстал-лических сегнетоэлектрических пленках в свяаи с условиями их формирования, составом, структурой и условиями совдания поляризованного состояния.
2. экспериментальная оценка качества пленок как активных элементов сенсоров деформации и разработка необходимых для этого устройств.
Объекты исследования: Поликристаллические пленки BaTio3> Pb(ZrOi53Ti045W0i01Cd0>Oj)03 и LiNbOj на подложках иэ платиновой фольги, фольги нержавеющей стали, слюды и поликора, полученные ВЧ распыленней нишенея соответствующего состава. Выбор этих соединении и твердых растворов определялся, прежде всего, их изученностью в виде кристаллов и керамики, что поаволяло выполнить сравнение свойств пленочных и объемных обраацов, а также свяоац с широким практическим применением пьезоэлектричес-кихматериалов на основе Pb(Zr,Tl)03 LiNb03.
Основные положения, выпоенные на замиту;
t. Зависимости пьеаомодулея пленок от температуры не имеют характерных для кристаллов и керамики максимумов в окрестности температуры евгнетоэлектрического фазового перехода. Этот эффект определяется размытием фааового перехода, вызванным высокой концентрацией дефектов структуры; степень размытия коррелирует с величиной микродеформаций.
2. На границе между пленками Pb(2r0 53Ti0 45W0 0JCd0 0,)Оэ
и подложками образуются переходные слои, того же состава, но со структурой пирохлора, определявшие квазитолиинные зависимости, в тон числе и пьезомодуля d33 от толщины пленок, поляризованных в равных условиях. Толщиной переходного слоя можно управлять, варьируя материал подложки и условия формирования пленок.
3. Создана феноменологическая модель переключения поляризации
пленок, учитывающая возможность распределения микрообьеиов
по пороговым полям, а также возможность ограничения времени
переключения процессами релаксации экранирующих зарядов. В
результате объяснены известные ранее факты: существование
максимума на кривой зависимости времени переключения от нап
ряженности поля и, практически, линейный рост этого времени
с увеличением плошади электродов.
А. На основе пленок PbtZr0 53ті0,45vo.ojcdo.oi'з ма пДП0*ках
ив нержавеющей стали созданы макеты широкополосных (от 10
до 10 ГЦ) датчиков динамической деформации (от 10 до
3-10 1. способные работать в интервале температур от комнатной до 200 С.
Научная новизна.
-
Получены комплексные данные о пьеаоэффекте в поликристал-лнческих сегнвтозлектрических пленках и о влиянии дефектов структуры.
-
Предложен механиам, объяснявший" рост времени переключения поляризации в тонких на биполярных прямоугольных импульсах.
-
Обнаружен и изучен новып тип переходного слоя < недиффуаион-ной природы).
Практическая ценность
1. Полученные экспериментальные данные об особенностях пьево-
эффекта в сегнвтозлектрических пленках, содержащих дефекты
структуры, необходимо учитывать при построении теории реаль
ной сегнетоэлектрической керамики.
2. Получен комплекс данных, поаволяотшп оценить воаножность
применения пленок в пленочных йлектромеханических устройст
вах и показана перспективность испольвовання сенсоров дина
мической деформации на основе сегнетоэлектрнческих пленок в
промышленном прочностной эксперименте.
Апробация результатов работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на XI и XII Всесоюоных конференциях по финике сегнетоэлектриков (Черновцы, 1986; Ростов-на-Дону, 19691, на III Всесоюзной конференции по фивико-хииическим основан технологии сегнетоэлектрнческих и родственных им материалов {Звенигород, 1968), на Всесовв-ноя конференции "Микрозлектройные датчики п навтносгроении" (Ульяновск, 1990), на международных конференциях "Кераиина для электроники - получение и свойства" (гига, 1990), "Ироврачная сегнетоэлектрическая керамика: получение, свойства и применения" (Рига, 1991), на У11 Европейской конференции по сегпетоэлектри-честву (Франция, Дижон, 1991), на международной конференции "Пьевотехника-92" (Санкт-Петербург, 1992) и на II Европейской конференции по применению полярных диэлектриков (Англия, Лондон, 1992). Публикации.
По теме диссертации опубликовано 22 работы. Основное содержание диссертации изложено в 7 статьях и 12 теонсах докладов.
Личный вклад автора.
Основные научные результаты получены автором лично. Соавторы совместных публикация приникали участие в постановке аадач ІДудкевичВ.П., Мухортое В.М., Свиридов Е.в.) и в интерпретации результатов некоторых диэлектрических измерении (Бирюков св., Суровяк Э.,Марголин A.M.) и рентгенографических данных (Головкою. И., Захарченко И.Н.).
Мишени для получения пленок изготавливались Клевцовым А.Н., Реаниченко Л.А. и Чернышковыи В.А.
Некоторые стенды для испытаний пленочных сенсоров проектировались и изготавливались при участии Адонина А.И., Ефремуш-кина Ю. В, и Никитина Я.С.
Стажер иа Болгарии Недев С.Р. участвовал в течение 3-х месяцев в получении пленок.
В процессе ивготовления и испытания пленочных сенсоров участвовала Чернышева Л.К.
Работа по исследованию пленочных пьезоэлектрических преобразователей волн Ралея и Лэмба выполнена, главным образом, Стариковым В.П., Харитоновым в.и., Жигалиным г.в. и темниковын А.И. по инициативе Серьеанова А.Н.
Объем и структура работы.
Работа состоит но введения, четырех глав и ваключения, изложенных на 194 страницах машинописного текста, включающего 68 рисунков, 10 таблиц и список литературы ио 149 наименований.
