Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет
кафедра микроэлектроники
отчет
по лабораторной работе №7
на тему:
«Исследование свойств Сегнентоэлектрических материалов» Выполнил студент группы 2211
Захаров Д.В.
Санкт - Петербург
2003 г.
7.1 Основные понятия и определения.
Сегнетоэлектрическими называют материалы, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено с помощью внешнего электрического поля. Спонтанная поляризация наблюдается в диэлектриках, имеющих доменную структуру. Домены представляют собой макроскопические области, которые обладают электрическим моментом в отсутствии электрического поля. При этом направление этих моментов у разных доменов различны. Наложение внешнего электрического поля способствует преимущественной ориентации электрических моментов в направлении поля, что создаёт эффект поляризации. Этим объясняется свойственное сегнетоэлектрикам высокое значение диэлектрической проницаемости.
Сегнетоэлектрики обладают рядом специфических, присущих только им свойств. Важнейшим из них является нелинейная зависимость их электрической индукции от напряжённости электрического поля. Эту зависимость называют основной кривой поляризации сегнетоэлектрика (кривой заряда сегнетоэлектрического конденсатора). В слабом электрическом поле, когда преобладают процессы обратимого смещения доменных границ, связь между D и E носит приблизительно линейный характер. В области более сильных электрических полей смещение доменных границ приобретает необратимый характер. При этом разрастаются домены у которых вектор спонтанной поляризации составляет наименьший угол с вектором напряжённости электрического поля. По мере дальнейшего увеличения электрического поля все домены ориентируются по полю. Наступает состояние технического насыщения.
Переполяризация сегнетоэлектрика в переменных полях сопровождается диэлектрическим гистерезисом. Диэлектрический гистерезис обусловлен необратимым смещением доменных границ и свидетельствует о дополнительном механизме диэлектрических потерь, связанных с затратой энергии на ориентацию доменов. Площадь гистерезисной петли пропорциональна энергии, рассеиваемой в диэлектрике за один период. Совокупность вершин гистерезисных петель, полученных при различных значениях амплитуду переменного поля, образует основную петлю поляризации сегнетоэлектрика.
Нелинейность поляризации относительно поля при наличии гистерезиса обуславливает зависимость диэлектрической проницаемости и ёмкости сегнетоэлектрического конденсатора от режима работы и, в первую очередь, от напряжённости поля. Для характеристики свойств материала используют понятия статической, реверсивной и начальной диэлектрических проницаемостей. Статическая диэлектрическая проницаемость ст определяется по основной кривой поляризации:
Реверсивная диэлектрическая проницаемость р характеризует изменение поляризации сегнетоэлектрика в переменном электрическом поле при одновременном воздействии постоянного поля. Начальной называют диэлектрическую проницаемость измеренную в очень слабых полях.
Специфические свойства сегнетоэлектриков проявляются лишь в определённом диапазоне температур. В процессе нагревания наблюдается увеличение диэлектрической проницаемости. Выше некоторой температуры спонтанная поляризация исчезает. Происходит распад доменов и изменение структуры материалов. Температуру Тк такого фазового перехода называют сегнетоэлектрической точкой Кюри. В точке Кюри диэлектрическая проницаемость достигает своего максимального значения.
Обладая резко выраженными нелинейными свойствами, сегнетоэлектрики проявляют высокую чувствительность по отношению к внешним энергетическим воздействиям, и, следовательно, могут выполнять функции управляющих или преобразующих элементов. Как активные диэлектрики сегнетоэлектрики применяются в нелинейных конденсаторах (варикондах), в запоминающих устройствах, в электрических модуляторах и т. д.
В настоящей работе исследование свойств сегнетоэлектрических материалов проводится на примере вариконда с сегнетокерамикой на основе титаната бария.