Формирование бидоменной структуры в монокристаллах ниобата лития

• Автор: Быков, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 170 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Аналитический обзор литературы

1.1 Свойства монокристаллов ниобата лития

1.1.1 Кристаллическая структура и общие свойства ниобата лития

1.1.2 Рост монокристаллов ниобата лития

1.2 Доменная структура монокристаллов ниобата лития

1.3 Процессы образования доменов в сегнетоэлектриках

1.3.1 Монодоменизация при выращивании кристалла в электрическом поле

1.3.2 Монодоменизация методом послеростовой электротермической обработки

1.4 Методы формирования регулярной доменной структуры (РДС) в ЫМЮз

1.4.1 Метод формирования РДС в процессе роста монокристаллов ЫМЮ
1.4.2 Послеростовые методы формирования РДС в монокристаллах
1.4.2.1 Формирование РДС под действием периодического электрического поля при зонном нагреве монокристалла выше температуры Кюри
1.4.2.2 Формирование доменной структуры отжигом выше температуры Кюри
1.4.2.3 Создание и закрепление доменной структуры в объемных образцах ЫМЮз диффузией ТС
1.4.2.4 Создание и закрепление доменной структуры в объемных образцах 1лМЮ3 при воздействии электрического поля, приложенного к периодическим полосовым электродам
1.4.2.5 Формирование доменных структур методами комбинированного лазерного
воздействия, зондовой и электронной микроскопии
Выводы
Глава
2.1 Методы формирования бидоменной структуры в монокристаллах Ы1ЧЪ
2.1.1 Формирование бидоменной структуры в монокристаллах ЫМЮз методом нагрева выше температуры Кюри в неоднородном электрическом поле (электротермический метод)
2.1.1.1 Моделирование процессов формирования бидоменной структуры в монокристаллах 1л№Ю3 электротермическим методом
2.1.1.2 Исследование температуропроводности и величины температуры Кюри образцов монокристаллов Ы№

2.1.1.3 Формирование бидоменной структуры в пластинах монокристаллов ЫЫЬ
электротермическим методом
2.1.2 Формирование бидоменной структуры в пластинах монокристалла ниобата лития методом импульсного светового отжига
2.1.2.1 Зависимость коэффициента поглощения монокристаллов Ы14Ь03 от условий
роста или проведенной термообработки
2.1.2.2 Термообработка пластин монокристаллов 1ЛМЮ
2.1.2.3 Моделирование процесса образования доменной структуры в монокристаллах ЬЙМЬОз прошедших термообработку путем прямого нагрева образца «метод внутреннего нагрева»
2.1.2.3.1 Распределение температуры в пластине нагреваемой за счет поглощения светового потока. Решение стационарной задачи
2.1.2.3.2 Влияние граничных условий на профиль распределения температуры в кристалле
2.1.2.3.3 Несимметричный нагрев
2.1.2.3.4 Распределение температуры по толщине пластины при сильном поглощении
2.1.2.3.5 Создание структур с заданными направлениями векторов поляризации
2.1.2.4 Формирование бидоменной структуры методом ассиметричного внутреннего фотонного нагрева
2.1.2.5 Моделирование процесса образования доменной структуры в монокристаллах ЫЫЬОз путем создания встречных тепловых потоков в кристалле «метод стационарного внешнего нагрева»
2.1.2.4.1 Распределение температуры в пластине при стационарном внешнем нагреве
2.1.2.4.2 Создание структур с заданными направлениями векторов поляризации
2.2 Исследование ширины доменной стенки методом сканирующей зондовой микроскопии пьезоотклика
2.3 Измерение изгибной деформации бидоменной структуры
Выводы
Заключение
Список литературы

Введение
Монокристаллы ниобата лития (1лМЮ3) в течение многих лет широко применяются в оптике и лазерной технике, акусто - и оптоэлектронике, в качестве элементов интегральной оптики, в ПАВ - структурах и т.д., в которых используются элек-трооптический и пьезоэлектрический эффекты материала. Вместе с тем, имеется важная область техники, относящаяся к электромеханическим преобразователям (актюа-торам), работающим на пьезоэлектрическом эффекте, где требования по линейности, прецизионности и температурной стабильности исключительно высоки. В первую очередь это относится к таким применениям, как калибровка перемещений в нано-метровой области, сканирующие устройства зондовых микроскопов, функционирующих в широком диапазоне температур, системы коррекции оптической длины лазерных резонаторов, устройства точной механики и т.д. Во всех такого рода подобных устройствах, работающих на пьезоэлекгрическом эффекте, в качестве материала рабочих элементов в настоящее время используется пьезокерамика.
Основной причиной, по которой пьезокерамика нашла широкое практическое применение, является большие значения продольных и поперечных пьезоэлектрических модулей, что позволяет осуществлять позиционирование при относительно низких управляющих напряжениях. Вместе с тем, эти материалы обладают значительным гистерезисом (до 20%), для них характерна невысокая температура Кюри и узкий температурный интервал применения, имеет место существенная зависимость пьезоэлектрических модулей от температуры и напряженности электрического поля, а также ползучесть и значительный эффект старения. Например, при охлаждении пьезокерамики до температуры жидкого азота ее пьезоэлектрические модули уменьшаются до 6 раз.
В качестве альтернативы пьезокерамике принципиально могут быть использованы пьезоэлектрические монокристаллы, в том числе 1л№Юз, у которых обратный пьезоэффекг реализуется, в отличие от керамики, не за счет поворота векторов поляризации микродоменов, а вследствие деформации кристаллической решетки, что сводит к минимуму недостатки, характерные для пьезокерамики. Однако, значения пьезоэлектрических модулей у монокристаллов существенно ниже, чем у керамики, поэтому они, несмотря на их очевидные преимущества, не нашли применения в прсци-

Рисунок 26 - Распределение плотности тока в растущем монокристалле [82]
Исследования показали, что доменная структура ЬіМЮз сильно зависит от характера примеси, легирующей расплав, и что для формирования в процессе роста периодической доменной структуры необходим подбор примесей, коэффициент вхождения которых в кристалл существенно зависит от внешних условий роста. В этом случае подача переменного электрического поля на растущий кристалл приведет к вариации состава на фронте кристаллизации и, как следствие, к изменению состава по длине кристалла. Градиент состава может определять направление вектора поляризации в слоях роста. Действие градиента состава на электрическое состояние кристалла состоит в образовании неоднородных механических напряжений, которые высоки вблизи температуры Кюри из-за аномального поведения теплового расширения, или в формировании внутреннего электрического поля в слоях роста и поляризации кристалла под действием этого поля.
Размеры и форма доменной структуры, полученной таким способом, представлены на рисунках 27-30.
Рисунок 27 - РДС, сформированная при росте методом Степанова с приложением
электрического поля [78]