Способ формирования регулярной структуры сегнетоэлектрических доменов

 

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РЕГУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДОМЕНОВ, включающий воздействие на пластину полярного среза сегнетоэлектрического монокристалла знакопеременными импульсами локально неоднородного по величине в плоскости полярных граней пластины электрического поля, коллинеарного направлению полярной оси монокристалла, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности воспроизведения заданной конфигурации доменной структуры, полярные грани пластины предварительно покрывают капиллярным слоем диэлектрической жидкости, а пространственное распределение локально неоднородного i электрического поля формируют в виде плоской ступени-с пьедесталом, при (П чем конфигурацию границы указанной ступени выбирают соответствующей зас данной конфигурации доменных стенок формируемой доменной структуры.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 02 В 5/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,:

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3742740/24-10 (22) 21;03,84 . (4б) 15. 10.85. Бюл. №- 38 (72) А.Н.Алексеев, А. В. Гинзберг, Л.И. Донцова, М.В. Злоказ ов., А.Л.Проклов, Н.А.Тихомирова и Л.А.Шувалов (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-физический институт и Институт кристаллографии

АН СССР (53) 535 ° 853 31(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР № 978093, кл. G 02 В 5/18, 1981.

Патент СНА № 3732549, кл. 340/173.2, опублик. 1973. (54)(57) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РЕГУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ДОМЕНОВ, включающий воздействие на пластину полярного среза сегнето„„Я0„„1185291 А электрического монокристалла знакопеременными импульсами локально неоднородного па величине в плоскости полярных граней пластины электрического поля, коллинеарного направлению полярной оси монокристалла, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности воспроизведения заданной конфигурации доменной структуры, полярные грани пластины предварительно покрывают капиллярным слоем диэлектрической жидкости, а пространственное распределение локально неоднородного электрического поля формируют в виде плоской ступени-с пьедесталом, причем конфигурацию границы указанной ступени выбирают соответствующей заданной конфигурации доменных стенок формируемой доменной структуры.

1185291

Изобретение относится к технологии. создания функциональных устройств микросхемотехники, в частнос— ти к способам формирования регулярных неоднородностей физических свойств монокристаллических сегнетоэлектриков, и может быть использовано в производстве устройств акустоэлектроники, оптоэлектроники и т.д. К числу конструкций, использующих регулярные структуры сегнетоэлектрических доменов, относятся, .например, оптические дифракционные решетки, акустоэлектронные устройства еi,р ба::н сигналов и др.

"",с.т ния — повышение точности воспроизведения заданной конфигурации дамепной структуры.

П,s фиг. 1 представлена схема осуществления способа; на фиг. 2 — 5 примевы ега конкретной реализации.

Способ формирования регулярной структуры сегнетоэлектрических доменов заключается в следующем.

На пластину 1 (фиг. 1) полярного среза монокристалла сегнетоэлектрика с пр.-.pBB|>Hòå.»j.íî покрытыми ее поляр-. ными гранями капиллярным слоем 2 диэлектрической жидкости (величина уцельнага сопротивления 10 - 10 Омэсм)ЗО воздействук1т знакопеременными импуль-. сами локально неоднородного по величине в плоскости полярных граней .--э пластины электрического поля 1. Направление этого поля коллинеарно 3 направлению полярной аси монокристал.

-У па Р,, а пространственное распреде" ление его величины в плоскости поляр. ных граней пластины, т.е. в осях х и у, имеет вид плоской ступени 3 40 с пьедесталом 4. При этом конфигурация границы 5 указанной ступени- соог. ветствует заданной конфигурации .до" менных стенок 6 — 8 и т.д. формируемой с труктуры сегнетоэлектрических 45 доменов.

Формирование регулярной структуры сегнетоэлектрических доменов в соответствии с предлагаемым способом осуществляется следующим абра- 50 зом.

При воздействии на пластину 1 сегнетаэлектрическаго монокристалла (с каниллярным слоем 2 слабапровадящей диэлектрической жидкости на ее полярных. гранях) импульса электричег кото поля, пространственное распределение величины которого имеет вид, изображенный на фиг. I, а направление — противоположное направлению вектора спонтанной поляризации Р монокристалла, в области границы 5 локальной неоднородности поля E зарождается домен 9 обратной па отношению к матрице /Ре/ полярности, Конфигурация двух эквидистантных доменных стенок 10 и 11 домена 9 в точности соответствует конфигурации границы 5 локальной неоднородности электрического поля. Этот домен под действием электрического поля начинает расти за счет бокового движения доменных стенок 10 и 11.

Причем сначала передвигается доменная стенка 10, которая находится в области ступени 3 поля Е"., а па достижении ею края пластины 1 — доменная стенка 11, расположенная в области пьедестала 4 поля. В процессе этого движения доменная стенка 11, не изменяя сваей конфигурации, последовательно проходит положения б, 7, 8 и т.д. и может быть зафиксирова— на в любом из них, например, в положении 8 снятием воздействия электрического поля. В связи с тем, что скорость бокового движения доменной стенки в сегнетоэлектриках однозначно связана с величиной приложенного электрического .поля, для фиксации заданного пространственного положе-. ния доменной стенки достаточно выбрать лишь соответствующую величину длительности импульса поля. После фиксации доменной стенки в данной позиции она сохраняет свое местапала жение сколь угодна : долго.

Формирование следующей доменной стенки осуществляется при воздействии на пластину 1 монакристалла следующего импульса поля, противоположной по отношению к предыдущему импульсу полярности. При этаи в области ступенчатой границы 5 локальной неоднородности поля ано внбвь оказывается антипараллельным направле-. нию Р монокристалла, в результате чего в этой области вновь зарождается домен 9 обратной полярности и опи( санный процесс идет аналогична. При. выборе соответствующей длительности воздействующего импульса поля вторую доменную стенку удается зафиксировать в одной из позиций б, 7 и т.д., расположенной по отношению к место-положению границы 5 локальной неадно 185291

20 родности поля ближе, чем ранее зафиксированная в позиции. 8 доменная стенка. Таким образом образуется система. доменных стенок 6, 7, 8 и т.д. одинаковой конфигурации, но находящихся 5 друг от друга на расстоянии, одно- . значно определяемом различием длительности соседних знакопеременных импульсов поля или, более общее, различием энергетических (вольтсекундных) характеристик этих импульсов. Аналогичным образом получают систему И доменных стенок одинаковой конфигурации.

При этом наличие капиллярного 15 слоя слабопроводящей диэлектрической жидкости 2 на полярных гранях пластины 1 создает наиболее щадящие для сегнетоэлектрического кристалла электрические граничные условия, В этих условиях изменение состояния. поляризации монокристалла при приложении электрического поля характеризуется зарождением одиночного домена, причем именно в месте границы 5 пространственной неоднородности поля и дальнейшим ростом этого домена только боковым движением его стенок как целого, т,е. без изменения их конфигурации. Таким образом, 30 в предлагаемом способе исключается зарождение ложных доменов, что и обеспечивает повышение точности воспроизведения заданной конфигурации формируемой доменной структуры.

Для реализации еще более точного пространственного размещения доменных стенок может быть введена обратная связь, например, по положению доменной стенки, считываемому оптически или электрически, корректирующая параметры импульсов электрического поля, в частности их длительность.

Примеры конкретной реализации способа иллюстрируются на фиг. 2,3 и 4,5, В первом из них (фиг. 2) пластину 1 полярного среза монокристалла сегнетоэлектрика покрывают со стороны полярных граней капиллярным слоем 2 слабопроводящей диэлектрической жидкости, например нематическим жидким кристаллом (BUBBA), и размещают между сплошными металлическими элект родами 12, нанесенньли на стеклянную подложку 13. Для реализации необходимого пространственного распределения величины воздействующего на пластину монокристалла электрического поля между пластиной 1 и одним из электродов 12 помещают диэлектрическую прокладку 14, конфигурация границы 5 которой соответствует конфигурации доменных стенок формируемои доменной структуры. При появлении между электродами 12 разности потенциалов на пластину 1 воздействует электри- ческое поле, пространственное распределение которого в некотором сечении пластины 1 имеет вид, изображенный на фиг. 3.

В другом примере осуществления способа (фиг. 4) для реализации заданного пространственного рельефа воздействующего на пластину 1 электрического поля (фиг. 5) один из электродов 12 гальванически связан проводящей перемычкой 15 с дополнительным электродом 16, размещенным на противоположной стороне подложки 13. При этом конфигурация границы 5 электрода l6 определяет конфигу рацию границы пространственной неоднородности поля.

Характерной особенностью способа является то, что при наличии уже зафиксированных в некоторой позиции„ например 8, доменных стенок, смена полярности импульса воздействующего поля не приводит к их деградации за счет обратного смещения, хотя они и находятся- в области пьедестала пространственного распределения поля. Это обусловлено тем, что наличие капиллярного слоя 2 слабопрово- дящей диэлектрической жидкости на полярных гранях пластины 1 делает предпочтительным перемещение стенок tO и 11 вновь зародившегося

C домена 9, поскольку токовая цепь между электродами 12 для доменной стен" ки, расположенной ближе к границе области локальной неоднородности поля, т.е. для стенки 10 по сравнению со стенкой 8, характеризуется меньшим электрическим сопротивлением.

Этот эффект исключает смещение уже сформированных и зафиксированных доменных стенок, что также ведет к повышению точности воспроизведения фор. мируемой доменной структуры.

Кроме того, предлагаемый способ является более гибким по сравнению с известными, поскольку он обеспечивает возможность оперативной вариации параметров регулярности доменной,(118S291 д pZ S e.1

/ Ф -ъ

/Я Я 10 71

Фиг.2 фЬй 5

ВНИИПИ Заказ 6362/43 Тираж 525 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4 структуры путем выбора соответствующих параметров воздействия без изменения топологии электродов, а также возможность оперативной коррекции конфигурации элементов формируемой

i/ доменной. структуры за счет гораздо более простой смены электродов или просто в результате замены диэлектрической проклад— ки.

79 7Е уг б л 1 г б гк ге аы: