Исследование формирования микро- и нанодоменных структур в электрическом поле в ниобате лития и танталате лития

• Автор: Шишкин, Евгений Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 237 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Классификация и основные свойства сегнетоэлектриков

1.2. Доменная структура сегнетоэлектриков

1.2.1. Доменные стенки

1.2.2. Форма доменов

1.2.3. Исходная доменная структура

1.3. Экранирование деполяризующего поля

1.3.1. Внешнее экранирование

1.3.2. Внутреннее экранирование

1.4. Методы исследования кинетики доменной структуры сегнетоэлектриков
1.4.1. Локальные методы
1.4.1.1. Селективное химическое травление
1.4.1.2. Метод нематических жидких кристаллов
1.4.1.3. Оптическая микроскопия "второй гармоники"
1.4.1.4. Метод пироэлектрического зонда
1.4.1.5. Сканирующая электронная микроскопия
1.4.1.6. Сканирующая зондовая микроскопия
1.4.1.7. Оптическая визуализация
1.4.2. Интегральные методы
1.4.2.1. Петля гистерезиса и заряд переключения
1.4.2.2. Ток переключения
1.4.2.3. Рассеяние света
1.4.2.4. Акустические измерения
1.5. Эволюция доменной структуры сегнетоэлектриков под действием электрического поля
1.5.1. Стадии эволюции доменной структуры в электрическом поле
1.5.1.1. Зародышеобразование
1.5.1.2. Прямое прорастание
1.5.1.3. Боковое движение доменных стенок
1.5.1.4. Коалесценция изолированных доменов
1.5.2. Остаточные домены
1.5.3. Эффекты самопроизвольного обратного переключения
1.5.4. Коррелированное зародышеобразование
1.5.5. Аналогия эволюции доменной структуры с ростом кристаллов
1.5.6. Поведение интегральных характеристик в процессе переключения
1.5.6.1. Классический подход к анализу токов переключения
1.5.6.2. Теория Колмогорова-Аврами и ее модификации
1.5.6.3. Применение модели Прейсаха к неоднородным сегнетоэлектрикам
1.6. Управление доменной структурой сегнетоэлектриков
1.6.1. Влияние доменной структуры на физические свойства
сегнетоэлектриков

1.6.1.1. Диэлектрические свойства
1.6.1.2. Акустические свойства
1.6.1.3. Нелинейно-оптические свойства
1.6.2. Применение сегнетоэлектриков с периодической доменной
структурой
1.6.2.1. Акустоэлектроника
1.6.2.2. Нелинейная оптика
1.7. Методы создания периодических доменных структур
1.7.1. Формирование периодически доменных структур в процессе роста кристаллов
1.7.2. Диффузионные методы
1.7.3. Запись сканирующим электронным пучком
1.7.4. Прилооісеїше электрического поля
1.8. НИОБАТ ЛИТИЯ И ТАНТАЛАТ ЛИТИЯ
1.8.1. Основные физические свойства
1.8.2. Доменная структура
1.8.3. Влияние отклонений от стехиометрии и легирующих примесей на свойства кристаллов
1.9. Краткие выводы
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
2. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Изготовление образцов
2.2. Визуализация доменной структуры
2.2.1. Визуализация доменной структуры в процессе переключения
2.2.2. Статические доменные структуры
2.2.3. Особенности визуализации доменов субмикронных размеров
2.3. Исследование эволюции доменной структуры ниобата лития и танталата лития в однородном внешнем поле
2.3.1. Экспериментальная установка для комплексного исследования прогщссов переключения в сегнетоэлектриках
2.3.2. Приготовление электродов
2.3.3. Рентгеновское облучение
2.3.4. Методика измерения изменения внутреннего поля смещения
2.4. Исследование процессов переключения в образцах конгруэнтного ниобата лития с полосовыми периодическими электродами
2.4.1. Создание полосовых периодических электродов
2.4.2. Экспериментальная установка
2.4.3. Использование наклонных сечений для исследования кинетики доменной структуры
2.5. Исследование влияния искусственного поверхностного диэлектрического слоя на процессы переключения
2.6. Краткие выводы
3. ДЕТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ СТАДИЙ ЭВОЛЮЦИИ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ПРИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИИ В НИОБАТЕ ЛИТИЯ И ТАНТАЛАТЕ ЛИТИЯ
3.1. Влияние материала электродов
3.2. Зародышеобразование
3.3. Прямое прорастание
3.4. Боковое движение доменных стенок
3.5. Коалесценция изолированных доменов
3.6. Сравнительный анализ кинетики доменной структуры в
ИССЛЕДОВАННЫХ МАТЕРИАЛАХ
3.7. Влияние циклического переключения
3.8. Самопроизвольное обратное переключение
3.9. Краткие выводы
4. ОСОБЕННОСТИ ЭВОЛЮЦИИ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ В КОНГРУЭНТНОМ НИОБАТЕ ЛИТИЯ ПРИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИИ С ПОЛОСОВЫМИ ПЕРИОДИЧЕСКИМИ ЭЛЕКТРОДАМИ
4.1. Стадии кинетики доменной структуры при переключении с ПОЛОСОВЫМИ периодическими электродами
4.2. Анализ токов переключения
4.2.1. Переключение без ограничения тока
4.2.2. Переключение в режиме ограничения по току
4.3. Особенности пространственного распределения локального поля в образце с полосовыми периодическими электродами при самопроизвольном обратном переключении
4.4. Особенности движения доменных стенок при самопроизвольном обратном переключении
4.5. Зародышеобразование под краями электродов при обратном переключении
4.6. Умножение пространственной частоты доменной структуры
4.7. Распределение локального поля вблизи плоской доменной стенки, механизм коррелированного зародышеобразования
4.8. Краткие выводы
5. ФОРМИРОВАНИЕ УПОРЯДОЧЕННЫХ МИКРО- И НАНОДОМЕННЫХ СТРУКТУР ПРИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИИ С ИСКУССТВЕННЫМ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЛОЕМ
5.1. Формирование квазипериодических нанодоменных структур при самопроизвольном обратном переключении в процессе создания периодических доменных структур в конгруэнтном ниобате лития..
5.2. Формирование дендритных доменных структур при самопроизвольном обратном переключении ПОД ИСКУССТВЕННЫМ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ слоем
В ниобате лития легированном магнием
5.3. Образование упорядоченных микродоменных структур при переключении В образцах стехиометрического танталата лития с точечными нарушениями искусственного диэлектрического слоя
5.4. Краткие выводы
ВЫВОДЫ

поля и травлением, отследить невозможно. Если такие изменения действительно имеют место (например, спонтанное обратное переключение при выключении внешнего поля), то извлечь количественную информацию о параметрах эволюции ДС, соответствующих полному переключению при приложении одного непрерывного импульса, не представляется возможным [126]. Более того, в процессе травления в объеме сегнетоэлектрика могут протекать процессы экранирования, которые будут закреплять ДС, образовавшуюся к концу очередного импульса, что во многом определит сценарий эволюции ДС при приложении следующих импульсов. Таким образом, эволюция ДС при дискретном переключении может сильно отличаться от эволюции ДС при приложении одного импульса с длительностью, равной длительности всех импульсов при дискретном переключении.
1.4.1.2. Метод нематических жидких кристаллов
Использование нематических жидких кристаллов (НЖК) как метод исследования 180° ДС в сегнетоэлектриках впервые предложили Фурухата и Торияма [135]. В последствии метод широко применялся и усовершенствовался многими авторами как для исследования статической ДС, так и для изучения эволюции ДС при приложении внешнего электрического поля [20,21,56,155,156,270,284]. Для визуализации ДС на поверхность образца наносится тонкий слой НЖК толщиной 1 -ь 10 мкм, при этом антипар аллельные домены становятся оптически различимы в проходящем поляризованном свете. Однако, такое наблюдение возможно только в случае использования свежесколотых поверхностей кристаллов [56,155,156]. Обработка поверхности кристалла, например полировка или травление [56,155,156], а также длительное циклическое переключение [284], приводят к исчезновению контраста доменов. Причиной такого поведения, по всей видимости, являются эффекты экранирования, компенсирующие поля, создаваемые связанными зарядами на полярных поверхностях кристаллов. После обработки поверхности, а также с течением времени экранирование становится более эффективным и ослабляет электростатическое взаимодействие дипольных моментов молекул НЖК с поляризацией сегнетоэлектрика. В качестве другой возможной причины исчезновения контраста при обработке поверхности может