Четный по полю ток в одноосных сегнетоэлектриках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи Сгыценко Евгений Викторович

ЧЕТНЫЙ ПО ПОЛЮ ТОК В ОДНООСНЫХ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХ

Специальность 01.04.07 - физика твердого т ела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата фнзнко-магемашческих наук

1'оеюв-на-Дону 19%

Работа выполнена на кафедре физики полупроводников Ростовского государственного университет'!

Научные руководители: академик РАО, доктор физико-математических наук, профессор Г реков A.A.;

доктор физико-математических наук, профессор Турик A.B.

Официальные ршюнен гы; доктор физико-математических

наук, профессор Бородин В.З.; кандидат физико-математических наук, доцент Корчагина Н.А.

Ведущая организация - Воронежский государственный . технический университет.

Защита состоится 1996 г. в ^меов на

заседании специализированного совета Д 063.52.09 в Ростовском государственном университете по адресу: 344090 г.Росгов-на-Дону, ир.Стачки, 194, НИИ Физики РГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке РГУ (г.Ростов-на-Дону, ул.Пушкинская, 148).

Автореферат разослан 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 063.52.09, кандидат ф.-м. наук Павлов А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Одним из интересных явлений, наблюдаемых в кристаллах бе» центра симметрии, является аномальный фотогальваническиИ ;зфф«к £. Ох • крытие этого явления показало, что однородное (£.,¡учеши) сешеттлек-трика в полярной фазе приводит к возникновению в крьстал л« однородного стационарного тока, величина которого пропорни'ша.р.ьн I интенсивности света и коэффициенту поглощения, а канраилешх: юянада-ет с направлением спонтанной поляризации. Таким образом было установлено, что в термодинамически неравновесных условиях 1.озмош(ы токи иной природы, чем связанные с действием внешних лолеН и пространственной неоднородностью объекта. Появилось поьос шшрапленкв исследований, предметом которого стали так называемые полисные кинетические эффекты, связанные с переносом заряда, тепла и массы и различающиеся способом возбуждения. Позднее была построена теории аномального фото ["алы ан кчесхсго эффекта, основанная ип предсчанле нин о нарушении принципа детального равновесия в термодинамически неравновесных системах.

Четный по полю ток является одним из полярных кннешческнх эффектов. Исследование легкого по полю тока, в одноосных сегснггоздей-трЛ'.ах имеет фуидаментгиныгае значен»'? в плане развития общей тса рйи полярных кинетических эффектов и яредсчАи-ГичшН о хонкретиых микромеханизмах рассеяния, генерации и рекомбинации ниппелей ¡. по лярных кристаллах. Расширение класса объектов, н которых наблюдается четный по полю ток, возможно, приведет к «пяшшю нолущшьод-никовых выпрямляющих приборов без р - п перехода. Омкным для

крахтлч'ч.'ких применений может оказычься также эффект удвоения частоты, сопровождающий протекание четного по полю тока, возбуждаемого переменный электрическим лолам. Представляется возможным использование четного по полю тока для исследования доменной структуры одноосных сегдетоэлектрикм.

Информация об электропроводное!к материалов, в которых исследовался четный но полю ток, необходимая для интерпретация результатов, была получена из измерений гальваиомагаитных эффектов. Разработка методов измерения гальваломагкитных эффектов в высокоомных материалах представляет и самостоятельный кит ер ее ввиду высокой информативности получаемых результатов. Данные, полученные при исследовании эффекта Холла и иагикторезистивного эффекта, используются при обсуждении возможных механизмов возникновения четкого по полю тока. . ,

Изложенное выше позволяет сделать заключение об актуальности предпринятых исследований.

Целый настоящей рьботы желалось исследование явления переноса заряда в одноосных сегаетоэлактрнках, связанного с наличием в них поляризованного состояния. В соответствии с это'! целью в процессе исследования решались следующее задачи:

- экспериментальное обнаружение и исследование четного по полю тока в кристаллах одноосных сешетозлектриксв различных структурных типов - модифицированном ЭЬБ! (ХГС-2), РЬ^СеяОц и ЫИЪО^,

- изучение временных и температурных зависимостей, а также вольт-амперных характеристик четного по полю тока;

- определение ткпа носителей, их подвижности и некоторых друпп: параметров по результатам измерении эффекта Холла и м&гаетосопро-тивления;

- исследование устойчивости доменной структуры исследуемых кристаллов к воздействию внешних электрических палей;

-построение качественной модели, объясняющей долговременные релаксации четного по полю тока.

Положения, выносимые на зициху:

1. В нолярноЕ фазе в ноллрнзаиаипых одноосных сегаетоэлектриках-модифицированном 565/ (ХГС-2), РЬ^Сс3Оп и ЫНЬОа : Ре протекание тока в направлении, перпендикулярном полярно!! оси кристалла, вызы-нает четный па полк» ток в направлении полярной оси и четкое по по-

дю напряжение в режиме разомкнутой цепи, существенно иреиышакт'ее ширину запрещенной зоны. Возможным механизмом, ответственным за четный пи полю ток, является баллистический механизм, заключающийся в рассеянии носителей на заряженных центрах, образованных инжектированным объемным зарядом.

2. Долговременные релаксации четного но полю тока имеют сходный характер во всех исследованных материалах и обусловлены двумя процессами- накоплением заряженных центров рассеяния в результат.: захвата ва глубокие ловушки инжектированных носителей и медленными процессами реорнентации 180°-ных доменов вблизи боковой поверхности образцов в слабых (меньших коэрцитивных) электрических иолах

3. Носителями заряда в сегнетоэлектрической фазе к ристал ион Х1< ."'2 в режиме инжекции янляются электроны, что приводит к повышенной плотности четного по полю тока в области отрицательного чтектроиа.

4. В монокристаллах ХГС-2 в условиях инжекции происходит разогрев носителей в локальных электрических полях связанных <•. неодно родностью материала, что создает условия для сдвигового (связанною с межзонными переходами носителей) вклада в четный но нолю юк.

Научная новизна.

Разработаны установки для измерения четного по полю тока и гальваномагнитных эффектов в высокоомных материалах.

Впервые обнаружен четный по полю ток п кристалла* модифицированного БЬЯ! (ХГС-2) и его полнкристаллмческих модификациях, а также в кристаллах гермамага свинца и легированного долозом пиоб.ч та лития, показана связь наблюдаемого явления с процессами инжекции носителей. Проведены исследования медленных релаксации четного но , нолю тока, температурных зависимостей к воль.-амперных характеристик. Обнаружено, что длительное воздействие электрического лазя, приложенного в средней части монодоменных крж.таллои ХГС-2 перпендикулярно его полярной оси, приводит к 180° щ>Н реорнеп гации поляризации поверхностных слоев.

Измерены эффект Холла и магнетосопро1кплонн<! н моцифнциро ванном сульфойодиде сурьмы. Получены данные о тине ног.итенИ! >■ холловской Подвижности в этом материале. Исследоиано влияние спета различного спектрального состава на магниторезистивныИ 5ффек1. Обнаружена аномальная величина магнетосонршинленин XI С-2 при опт тении.

Анройания работа.

Основные результаты работы докладывались на 5 и? Междунаро, пых сел; пиарах но физике сегнетоэлектрнков -шлуйроводников (Росзо на-Дону, 1987, 1993); на XI и XII Всесоюзных конференциях до фмзи! сетеи/мскзршсов (Черной цы, 1987, Ростов-на-Дону, 1989); на XIV Вс российской конференции но физике сегнетоэлектриков (Иваново, 193;

Публикации и вклад автора.

По тем« диссертации опубликовано 16 печатных работ. Автором ра работали и сконструированы экспериментальные установки и получен все экспериментальные результаты. Он также учетов ал в обсуждеш ьсех результатов и разработке модели медленных релаксаций четно по нолю тока. Измерения фоювольтамческих токов в монокристалл, ниобата литии и устойчивости поляризованного состояния ХГС-2 к вс действии слабою (меньше коэрцитивного) электрического поля про1 дились совместно с Д.Р.Аконовьш.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих ра£

1. Новиков М.С., Стыценко Е.В., Татаренко Л.Н. Стабильность 1 полырмэиоамноло состояния к электртлые явлении в материа ХГС-2 // И Всесоюзная конференция "Актуальные проблемы I лучения и применения сегнето- к пьезоэлектрических матер» лоям. Тезисы докладов. Т.1. Москва. 1934. С.452.

2. Иоников М.С., Казакова В.В., Стыценко Е.В. Исследование эл< третного состояния в некоторых материалах на основе 8ЬБ1 // Кх <ла.(л1п;ии1я и свойства кристаллов: Межвуэ. сб. Новочеркас« Изд'-во НИИ," 1985. С.Э5-9Э.

3. Греков А.А., Казакова В.В., Новиков М.С., Стыценко Е.В, Эл< гропрочиость и предпроб^вные явления в материалах на осш сульфоКоцидм. сурьмы // XI Всесоюзная конференция но физ! оии1мч»лнк»рнкои. Тезисы докладов. Т.1. Черновцы. 1986. Ки 11 ш, но ПФ АН УССР. С.16Й.

!. I }м А Д., Казакова П.П., Родил А.И., Сшценко Е.В., Фрида И 1 , Ч.-ргоа^'фодои С Л Г, Четный но полю ток. и он негоэлектр* Л7,,7/ /,< Пн.-ьиа в .ЖЭТФ. 1ЯЙ7. Т.45. вьш.9. С. 431-433.

О

5. Kamsoaa B.B., Новиков M .С., Стыценко E.Ö. Онтимгмтьнме рог*и-мы поляризации л стабилизация домепиоН сгруггурм ni-wкерамики ХГС-2 // II !.'Г5( '.а л с кт р и ч/:с к 1! о материалы и преобразовать ни. Вып.б. Ростов-на-Дону Изд-na РГУ. 19S7. C.3S-13.

8, Казакова В.В., Нсвньов М.С., Стыданко Б.В. Поляризация, яяле- • кия экранирования и стабильность параметров пъсюматсридлоа ■наоснове ХГС-2 // Ссгнсто- я пьезоэлектрикн в ускорении научно-технического прогресса. Материалы семинара. М. Изд-ло МДНТП, 1987. С.44-47.

7, S.P.Clinvonobrodov, A.Ulodiii, E.V.Stitsenko, V.M.FiMkm, A.A.Gio-iiov, V.V.Kasakova. The even field current in ferroelectric SbSI // Ferroelectric«. ШЗ, V.63. Г.83-58.

Я. Греков A.A., "Казакова В.В., Стыценко E.B. Изменение механизма пробоя SbSi, яыэгшшое экранированием спонтатюП иолчриэа-цш! // Пьезоэлектрические материалы и преобразователи. Выи. 0. Ростов-на-Дону. 1991.C.Ö5-70.

9. Казакова П.В., Стыцеико Е.В., Чсрвсиобродол С.П. Эффект четкою по пол(п тока в монокристалле РЬ^Се.-Оц // Тезиоы докладов ß Международного гемшгара по -физике ссгаетоэлсктрнкпз- полупроводников. Ростов-ка-Дину. ЗЭУЗ. C.4Ö.

10. Казакова В В., Сшцсчко Е.В., Червонобродоп С.П. Эффект четного ¡го пол к? тока в монокристаллах германам синица // Полукро-зоднпг.и - ссгнстотлсктркки.-Вьш.5, Ростоз-ич-Допу." 1Ьд-)',о РГПУ. !!Ш1. С.Л2-35. 1

11. Василенко Ю.Ю., Греков A.A., Казакова В.В., Спщ'*ико E.B. Измерение четного по нолю rosa в монокристаллах мнобата лчтпя // Полупроиодтпси-сегнетоэясктрики. Выи.5. Ростов-иа Дону. Изд-во, РГПУ. 1994. С.Зв-40.. .' '

12. S.P.Ohervonobrodov, M.A.Malitstcaya, I.P.Raevsky, I.A.Siikova, E.V.Siitsonko. The even field current in ferroelectric materials // Ferroelcctrica. 1991. V.155. Р.Ш-152.

13. A .A.Grukov, V.V.Kazakova, E.V.Stitsenko, A.V.Turik. Slow relaxation of (.he even li<:k! curreut in some uniaxial ferroelectrics // Pcrroelecf.rics. ¡995. V.174. P.31-34.

M. Стдронков B.K., Стыценко E.B. Автокомпенсационный дифференциальный электрометр на базе прибора В7-30 // Приборы и техника эксперимента. 199(3. Т.39, N 1. С.11-12.

15. Стыценко Е.В., Акопов Д.Р., Турик A.D., Греков A.A. Инверсно попяритованлый поверхностный слой в кристаллах ниобата лития // Тезисы докладов XIV Всероссийской конференции по физике ссгнегоэлекгриЕов. Иваново. 1995. С.123.

Hi. Турик A.B., Стыценко Б.В„ ЦиходкиЙ B.C., Землянкииа И.Г. Медленные релаксационные процессы и пьезоэлектрические свойства свинецсодержащих пьеэокерамик // Фундамент? льные проблемы ньезоэлектроиики. Сб. трудов Международно!! научно-прахтичес-кой конференции "¡1ьезотехникаг95". МII "Книга", Ростов-на-Дону, 1995. T.I. С.138-Ш. ■ '

Диссср гация состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы, изложенных на 11В страницах машинописного текста, включая 31 рисунок и список литературы из S3 наименований.

Во ввсденик^обосновапа актуальность темы, сформулированы цели работы и остьпыч положения, выносимые на защиту. Показана научная новизна работы, приводятся сведения об ее апробации я перечислены публикации, в которых изложены основные результаты работы.

Первая глава диссертации посващсна обзору литературы и постановке заддл исследования. Изложены современные представления о приро-, де четного по полю тока в нецснтросныметричных средах и имеющиеся к настоящему времени экспериментальные результаты. Приводится краткая теория вопроса.

Известно, что постоянная составляющая плотности электрического тока в однородном кристалле мо;кет быть представлена в виде полиноме по степеням напряженности электрического поля:

ii = 'UjEj -I- aiikE;Ek + 7ijkiEiEkBi + ... + С^яДЁТ* +afjk(u)EjEh

Здесь Е - напряженность постоянного электрического ноли, Ё(и>) — Щ—w) -напряженность переменного поля с частотой у. Первые три члена описывают статическую проводимость с учетом нелинейных поправок, четвертый члеп - фотопроводимость, а последим 11 - линейный фо-тогапьванический эффект, т.е. четную па полю составляющую тока в поле световой волны.

Возможность существования четного по нолю тока в постоянном электрическом поле в кристаллах без центра симметрии бы па указа на еще до открытия линейного фотогальвпянчсского эффекта Казлзус касом и Левкнсшюм (1¡. В работе [1] показано, та существование чш-ного по полю тока ПШТ) связано с тем, что в нснентросиммстрнчимх кристаллах кинетической уравнение Нольцмнна дни функции распределения подвижных носителей неинвариантио относительно инверсии импульса. При рассеянии на примесях эта и'лшвариаигиогтг. возникает в том случае, когда потенциал рассеивающего дснтра анизотропен л вероятность рассеяния нельзя вычислять з.бирноьском ¡i¡sí¡uJHi.íeJ!H3j. Дальнейшее' рассмотрение эффекта ЧПТ было предпринято Паскииым, .Блохом, Магариллом и Энтчным (2, Л]. В [2] пока».<««», vio и иеЯонцче симметричных кристаллах вклады в общий ток от Ч ITT и линеРно!'о фо-тогальвшшческого эффекта появляются в продольных случаях низкой и высокой частот электрического ноля ссог»стст¥.о«ио и обусловлены одними и теми же механизмами. Обзор микронроцессов, н/дшакицил к баллистическим добавкам, выполнен Белшшчйром и С'прыаном (!|.

Ивченко и Пикус [5] показали, что в кристаллах с ьмро.кденноИ зо ной в условиях стриминга основной вклад о Ч 11')' дает сдннгосый механизм, так как в этом случае двухфонониые процессы, ответстгеиные за баллистический вклад, сильно подавлены. С'дсшчзлыИ ьклад существу; ет независимо от баллистическою, описывается педнапжальимми компонентами матрицы плотности состояний ;>„„.(&) с п д' и «.-бусловлс?! смещением электронов при любых квантовых («'(и-колах nj¿ —<■ n\h'. Он возникает уже в борцовском приближении и пред« i зил íí?' собой сумму токов, обусловленных ионизацией, рекомбинацией и рае<еипнем, которые не зависят от длины свободного ирсбега.

Основные положения кинетической теории сдвигового линейного фо-тогазьланического эффекта развитые к ряде р;.боз Ш8 - №2 годин |'Кристофель, Гулбис, Бурслан, Гиршберг, Труп««, К pay г фо„- Пальи), оообщонм я [í¡¡. Общий подход к но тарным кинетическим чфф'емам,

я

!1змере.чпс четном по ролю юка в одноосном сегнеЮэлсктркке

б

а расположение электродов на образце и схема измерения четного нолю чока }л алК®; б - эдектрическан схема установки дли нзме пни 'шЩ'ио но нолю юн а в вмсокоомнмх материалах: 1 - образец; ■ '.^.оь гр "1.1,1; I - электромспры; 6 - усилитель постоянного напряжен О - ндап¡1. -1Н1.1Й нозенциометр; 1151, 1182 - измерительные шунты; ( - ял1'К'тр'лмагически/! мльзмегр; СЗ - шлочник ностоянноги напряжен

: 1'кс. 1 • '

вызываемым релаксацией к равновесию возбужденного когерентного состояния кристалла. изложен в монографии Бурсмана и Гиргобс:рга [7].

Впервые четный но полю ток в "чистом виде" экспериментально иы делен Ткаченко и Ивановым в пьезоэлект'рике р ~ Гп8Ь и 11)81 г. ¡8|. Во та чина эффекта более чем на порядок превысила ожидаемую но (■пенсам, сделанным в ¡5}. В ннроэлекгрика.х ЧПТ в поперечном но ошо-нениго к приложенному полю направлении до настоящего времени не [аблюдался, Эффект ЧПТ, обнаруженный п полярница иной ппзистор-юй керамике КНЬОл ¡9], связывается авторами с разделением иплхкги-ювалных носителей на межкристаллмтных барьерах, озватстюенимх за юэисторный эффект. Таким образом, экспериментальные наблюдения 1ПТ немногочисленны, и продолжение исследований в этом наиравле-1ни представляется актуальным. Теория четного по нолю тока л а гне-идлсктриках предложена Фурманом [И].

. Во второй главе описаны и обоснованы объекты и методы исследо-|&нш эффекта четного по полю тока.

Выбор одноосных сегнетоэлектрикоп 57;,57, и ЫКЮз в

ячестве объектов для исследования эффекта ЧПТ объясняется их вм-окой униполярностмо, что позволяет ожидать значительных величия ффекта. Несмотря на то; что по теоретическим о иен к им заметных ветчин ЧПТ может достигать только а пол их 1(1Г' --: 10" В/см, в реальных егнегоэлсктриках эти пола могут быть значительно меньше за счет [гироскопических флуктуации поляризации, которые приводят 7; фор-шропаннюсвоеобразных р-п— переходов в полярном направлении [10].

Для измерений чегного по полю тока была избрана геометрия вкспе-имента, предложенная в [8] (рис. 1а). Электрическое поле прккладыва-ось перпендикулярно полярноИ оси образца. Вдоль полярной оси роги-грировался ток, включающий две компоненты. Первая из них возник а-г за счет соответствующей компоненты тензора четного но полю тока; горая может появляться из-за асимметричного расположения электро-ов, неоднородности образца, отличной от нуля иедиагонэльпой компр-енты тензора электропроводности л является нечетной. Преимущество итого метода регистрации четного по полю тока состоит в том, что т-ерение ЧПТ проводится не иа фоне омического и кубического вклада, на фоне указанной вшпе незначительной ло величине нечетной кон-эненты, что существенно повышает надежность результата. В то же )емя применение этого метода измерения ЧПТ в високоомных матер и-

алах порождает проблему разделения цепей токов ^ и Ь (рис. 1а), Для получения корректных результатов необходимо обеспечить сопротивление! утеши между этими цепями, превышающее сопротивление образца не менее,чем я К)3 раз. Эю создаст серьезные трудности, в особенности при работе с кристаллам« лиобата лигяа, в которых ток весьма кал и может быть измерен только электрометрическими приборами с чувствительностью не менее 1()_и А. Приборы такого класса, выпускаемые промышленностью, имеют несимметричны!! вход,' один из проводников которого соединен с корпусом. Если в качестве источника напряжения использовать высоковольтный стабилизатор с питанием от сети, то в слу.чао, когда сопротивление образца превышает 10® Ом, это равносильно порог кому замыканию мшду цепями токов 1\ и /3, так как сопротивление утечки между выходам такого источникам его корпусом обычно не превышает 10а Ом. Поэтому для измерений поперечного ЧПТ была разработана установка, схема которой приведена на рис. 16. Объект исследования (1) включается в схему двумя парами электродов. Одна пара электродов (2) подключена к стабилизированному источнику постоялкою напряжения в, имеющему симметричный, изолированный от корпуса выход. Вторая пара (3) - к дифференциальному электрометру, составленному из двух вольтметров-электрометров В7-30, включенных в режиме измерения напряжения. Напряжение с выходов приборов В7-30 подается на сумматор Щ, 112. Выделяемая на сумматоре синфазная компонента выходного напряжения, управляя через усилитель постоянного напряжения транзистором УТ, позволяет поддерживать "плава-,ю!ций" потенциал общего провода установки близким к полусумме потенциалов на электродах (3) исследуемого объекта. Дифференциальная (противофазная) компонента, пропорциональная измеряемому сигналу, регистрируется самопишущим потенциометром. Основные метрологические характеристики установки определяются параметрами электрометра В 7-30. Его входное сопротивление в режиме измерения напряжения не менее 2 • 10й Ом, что позволяет измерять напряжения на объектах с сопротивлением до Ю12 Ом практически без влияния на распределение электрических полей в объекте. При необходимости измерить ток короткого замыкания в схему вводится резне тор Ш>1, величина которого выбирается из условия короткого замыкания образца. В качества усилителя постоянного напряжения применен блок Р-111 от системы ВРТ-2. Использование этого усилителя позволяет предотвратить воз-

никновенне автоколебании в системе, если токи в образце «пиаружччныт неустойчивость. .

Монокристаллы модифицированного Sb57 (ХГС-2) дли исследования эффекта ЧПТ получали выкалыванием оптически прозрачных блоков из крупнокристаллических сростков хвостовЫ! части текстур. Как и монокристаллы SbSI, они относятся в сегшлофазе х центральному классу ромбической сингонин (точечная группа 2ntia), имеют три ненулевых компоненты тензора электропроводности и 5 с,тлнчиыз( ог нули компонент тензора третьего ранга о,;*, отвечающею за четную по полю добавку. Образцы имели размер вдоль сепютоэлсктричесь'оИ оси 10 им и сечение 2 х 5мм2. На шлифоиаллме грани, перпендикулярные сег-нетоэлектрнческой оси, наносили электроды (аквадаг, никель, сурьма). , После отжига при температуре 370 К в течение 2-3 часов образцы поляризовали в поле 1,5-г 2 кВ/сн тгри комнатпоН температуре в течение Ю минут. Качество поляризации контролировалось по величине объемного пьезомодуля d*. После поляризации наносили электроды на грани, параллельные полярной оси. Образцы техсгурированного материала ХГС-2 готовили аналогичным образом.

Монокристаллы германата свинца, оптически прозрачные, желтого цвета имели размеры 3 х 4 х 5мм3 и 2 к б ж 10мм3. Полярная ось была ориентирована по наибольшему размеру. Перед поляризацией образцы подвергали формовке переменным электрическим поле»!, частого?! 50 Гц и напряженностью 2 к В/см при температуре 373 К до получения насыщенной петли сешетоэлектркческого гистерезиса: Затем переменное поле заменяли постоянным напряженностью 3 кВ/см и охлаждали образец'до комнатной температуры. ГГосле этого наносили электроды на граня, параллельные полярной оси. Перед измерениями поляризованные образцы выдерживали при комнатной температуре не менее 7 суток для закрепления доменной структуры .,

Монокристаллы ниобата лития, содержание 0,2% активной примеси железа, были вырезаны из поляризованной монокристаллической булц в виде плоских пластин 2 х 11 х ЗОмм3, в который полярная ось ориентировала по наибольшему размеру. Электроды наносились так же, как иа монокристаллы германата свинца.

Перед измерением эффекта ЧПТ были исследованы вольт-амперные характеристики (ВАХ) всех образцов в направлениях вдоль и перпендикулярно полярной осн. Темновые ВАХ образцов ХГС-2 в папрапле-

\

íít-гях [00.1] ii [lOOj при Т—293 к" и скоростях изменения поли 10В/(см-с), 5В/(см * с), Ш/(см - с) и 0,25В/(см • с) в полях менее 2 кВ/см имели два участка с существенно различным показателем степени в зависимости j f'n. На пер ном (омическом) участке наблюдалась длительные (д<» Ю1 с) амдамшне релаксации, на сверхлинейном участий - возра-(T.uoíiiue релаксации тока . СяерхлннеНныЛ рост ВАХ начинался при напряженное ш поля-РИТ—Б00 В/см. Сходные ВАХ имели монокристаллы 1трм«ппт» « винда, Начало сверхлинейного участка соответствовало Напряженности поля около 700 В/см. ВАХ монокристаллов ниобата лития, измеренные яри температуре 420К в направлении, перпендикулярном полярной оси, были близки jí линейным до 6 кВ/см.

.Исследование аффекта ЧПТ в перечисленных материалах показало, что яри протекании в направлении [100] тока Д вдоль полярной ппт [')()!] nafинода чея ток /з =-•= А • /^ направление которого не зависело ог направления поля E¡, порождающего ток I¡. Различная степень поляризованное:« одного и того же образца, контролируемая по величине иьезомодуля dt,, приводила к различным значениям коэффициента X, пропорциональным спонтанной поляризации,образна. При 180° -ной пгреноляризацни сешетоэлектрика ток /■} изменял направление на противоположное. В неполнризопанных образцах всех трех типов материалов чехнмй по полю ток. отсутствовал. Во всех экспериментах: в режиме холостою хода продольной цепи образцов наблюдалось четное ио нолю напряжение величиной 10-30 В, что значительно превышает ширину запрещенной зоны исследуем!,ix материалов. ВАХ всех образцов

в направлении полярной оси были линейны в интервале полей 0 -f S0 В/см, поэтому величина, отношения плотностей тов.ов ja/ji могла использоваться непосредственно в качестве меры наблюдаемого эффекта. В случае нелинеИных ВАХ ]з(Вз) для количественной интерпретации результатов необходимо учитывать характеристики контактов. Отношение jx/ji » монокристаллах ХГС-2 и Pb:¡Gt3On достигает величины (4 — <i) • LO""5, в текстурах ХГС-2 - (1,5 ~ 2) • 10~s, в монокристаллах LiNb03.— 7 ■ 10~4. Вьписление компоненты тензора «si по данным эксперимента дает величину порядка 10_UA/BJ для ХГС-2 п Pb&Ge3On и 10"1вА/В2 для ниобата лития.

Исследование температурных зависимостей ЧПТ в материалах на основе SbSI к в монокристаллах герман ara свинца показало, что ЧПТ наблюдается только в.ссгнетоэлектрическоИ фазе. Величина j3/ii при

Временные зависимости четного но нолю тока

U' - ХГС-2 (303 К); 2,2' - (}bb(Je¿ün (35.4 К);ЛЗ' - l iNhU, ( t.íO К). 1 fiepnoe включение; Г,2',3'- после реверсирования шиш /Д.

Рис. 2 15

переходе чере^точку Кюри в нараалектрическую фазу падает до нуля. Соогкетстиукнцаи зависимость для ниобата лития не была получена из-за зкечериментгинных трудностей,

ВАХ 'ГШ' j.ifí 'i) t¡ монокристаллах в текстурах ХГС-2 имеет вид за-¡uiojmíx'th jj iVj1 с показателем я ~ 2,5 — 2,7 в области сверхлинейно]] ПАХ тока../,. 1$ области линейной БАХ jt(i?i) аффект Ч11Т в пределам точное!» акснернмеита не наблюдался. Лабильность доменной структуры modos.)!кслал чоц трманата свинца к малая величина аффекта ЧШ я ииобате лиги я по позволили с достаточной точностью определить йи/ НЛ.Х в этих материалах, но, но полученным предварительным резуль тагам, зависимости ,ь(Е\) сверхлкнейны.

Нрем«ннме зависимости ЧПТ для всех трех типов сешетоэлектрико! приведены на рис. 2. Образцы включались в измерительную схему, к as показано на рис, 1а, Поле Bj было направлено по наименьшему размер; образца. Полученные кривые качественно сходны между собой. Дли •гель кость процессов установления стационарного состояния составлял; 1U4 с, что па три - четыре порядка больше времени максвеллонской ре ликащпн.

рсе.ч иосдедовашшх материалах наблюдается временное измене пне направления-тока lj после реверсирования поля Ej. Это позволя ет предполагать, что релаксации тоха /3 имеют общую природу. Осс боииосз'ыо временной зависимости ЧПТ а кристаллах германата свив да япляечея неустойчивость тока, возникающая при длительном (окол KI3 нин ) воздействии ноля Iii. Поело значительных колебаний, разма которых может достигать 50 100% от величины /з, среднее эначени становится близким к нулю. Продолжительность колебаний тока сс <:таишйт обычно 15 -г 30 мин. После этого воспроизвести эффект ЧП' .удается хот,ко пугем повторной иоляризаиди образца. Для выаснеии природы временных .зависимостей ЧПТ были исследованы его xapai терне гики н «тнокрнсталлах ХГС-2 в условиях переменного поля I {ннуеоядальний формы в диапазоне частот 1 -f 0,01 Гц. Четная сост; ели! чн.им тона в пределах точности эксперимента не была обнаружен; В и>ч>< мгнном мол'- прямоугольной формы с частотой 0,001 Гц и них » ирои.'|.'!'i¡,j[t. цени образцов наблюдается ток удвоенной частоты г озчми :>!„••, к часю'хе'яоля'Et. ■ "

lí» ni-- распределения ЧПТ в монокристаллах ХГС-2 и LiNbC м»» Ученик» образцов производилось посредством специальной систем

электродов, позволяющих разделить поверхностные и объемную составляющие ЧПТ (рис. За). Выло установлено, что при длительном воздействии поля Ei в поверхностных слоях образца наблюдается изменение величины ЧПТ и даже изменение его направления. Исследование поляризации образца LiNbO:i показало, что в результате дли гели по го термоциклировання поляризация в поверхностных слоях образца изменяет направление на противоположное (по-отношению к иоляри?аЦн1| объема). По нироотклику образца в режиме термоудара было установлено, что пиротоки объема и поверхностных слоев направлены в противоположные стороны. Исследование спектральных зависимостей фо-• товольтаическнх токов объема и поверхностей монокристаллов LiN'nQ:i подтвердило этот вывод. В области слабого поглощения фотовольта-ические ток к объема н поверхностей направлены в противоположные стороны, л суммарный фотовольтаический ток образца течет в направлении спонтанной поляризации объема. При переходе к области сильного поглощения фотовольтаические токи объема и неосвещенной по верхности стремятся к нулю, а суммарный ток изменяет направление на противоположное и определяется направлением спонтанной поляризации освещенной поверхности образца. Учитывая изложенное, процесс установления стационарного состояния при протекании. ЧПТ в монокристалле ХГС-2 можно представать следующим образом. При первом включении поля Е\ происходит накопление инжектированных электронов в катодной области и их частичный захват на ловушки, образу юаню центры рассеяния. Возникает ЧПТ в направлении спонтанной поляризации образца. Некоторое снижение сопротивления образца вблизи катода, происходящее в результате иижекции, вызывает увеличение напряженности поля у анода. При опредегенной продолжительности действия поля Ей которая зависит от величины поля, температуры и времени предварительной выдержки образца, начинается образование 180° -ных доменов в прианодном поверхностной слое образца. Переполяризация приводят к реверсированию ЧПТ в прианодной области, что проявляется в снижении суммарного ЧПТ. После этого ток стабилизируется. Зависимость тока от времени после реверсирования поля Е\ (кривая 6 на рис. 36) есть сумма времени!« зависимостей токов If, [¡, то км нс-реполяризации я тока разряда диффузионной емкости образца (рис. 36, кривые 1 - S) . Ток /3 возрастает по мере накопления в объеме образца центров рассеяния. Ток пркшюдиого поверхностного слоя /3" включает

Временная зависимостьтока 1Л после реверсирования поля в монокрнста'ло ХГС-2

а - охам а разделении поверхностных и объемно!! составляющих тока /3. б ■- зависимое! ь величин поверхностных и объемного токов от времени пп~ло .реверсирования ноля £-1. [£ - токи приаиодпого и прикатод-ип!о нонсрхиостных'слоев соответственно; Ц - ток объема; /г - ток пе-ренолнризааии; Ь - так разряда днффузиоиноН емкости образца; /3 -суммарный ток.

Рис. 3 «

две компоненты - ток нереполяркзацнк этого слоя (показан пунктиром) и 4IIT прнанодного слоя, изменяющий величину и направление н процессе нереполяризацни. Временная зависимость тока псрепоиярипации образца была получена косвенным методом - по изменению величины и знака иьезомодуля во времени под действием постоянного переполи-рнэующего электрического ноля. Пьезомодуль измерялся кпгсшетати чеекпм методом при изменении одноосного периодического давления с частотой 80 Гц.

В третьей главе приводятся результаты исследования полупроводниковых характеристик материала ХГС-2. Определение подвижности носителей в этом материале производилось по результатам намерений эффекта Холла н магшггорезистивного эффекта в магнт ним поле с индукцией до 1 Тл. Для измерении эффекта Холла я схему, испольяоиан-иуго для измерений ЧПТ (рис. 16), были введены третий алейрометр, и потенциометр , что позволило компенсировать продольное падение напряжения, когда магнит выключен (рис. -1). Магнегосонротииленне измерялось при постоянном напряжении на образце.

Кристаллы ХГС-2 для измерений гальвзномагнятнмх эффектов имели вид оптически прозрачных блоков в форме пластин.размерами (i,5 х 2 х 10 и 0,5 х 3 X 15мм3. Образцы помещались я термостатированную камеру, установленную в зазоре электромагнита таким образом, чтобы магнитное поле было направлено про наименьшему размеру обрлз-ца. Для освещения образца камера была снабжена оптическим окном и диагональным зеркалом, расположенным но углом -16" к направленны светового потока. Освещение производилось при помощи монохроматори УМ-2. В качестве источника света использопалась лампа иакаливниня мощностью 500 Вт с одиолпнзовым конденсором. Для электродирокания образцов применялся аквадаг, его же использовали для upiu исдиненпн я образцам зондов.

В монокристаллах ХГС-2 в слабых электрических нолях fuá лиш-И-ном участке ВАХ) в отсутствие освещения нагни ¡u¡:/r;m < пииьп! w}»}<#;k-í' в направлении полярно!) оси имел порядок Ш~\ tía i шфхлинеНноч участке ВАХ в интервале нолей 1 кВ/см относи л-'лыше лчмеле.ш« сопротивлении Ар/р в направлении ¡OOij было порядка JU-:i iipii индукции магнитного поля 11=1 Тл. Яри освещении s области собственного поглощений величина Д/з/V достигала 4 х КГ3. И.)м>:р(.-П№ ьолло^кого

Схема измерении холлонскою напряжения и высокоомных образцах

о Ц, I; л - электрометрические усилители У5-11; •

1н!||>||.)|юН нольгмеф; I - измеритель тока образца; О - источник посте ант.т<> напряжения; I' - потенциометр (магнитное поле напр'авлено пер 1!>1ГК V'ИфШ! и носкости рисунка).

Рис.4 :: '

напряжения в сульфойодиде сурьмы представляет определенные трудности, связанные с высоким уровнем низкочастотных шумов л грипп п-ле и низкой подвижностью ноститслей. Это приводит к необходимости подбора образцов ХГС-2, обладающих низким уропнем собственных шумов. Однако, несмотря на принятые меры, холловское напряжение на линейном участке ВЛХ измерить не удалось. При высоком уровне чи-кекции (Е=2 к В/см) наблюдалось холловское напряжение, соотвртсч пу-гощее электронной проводимости. Подвижность носителей в направлении [001], определенная по результатам этих измерений, имеет порядок 1см2/(В-с). Указанные выше причины, ограничивающие точность измерений, не позволили получить температурные зависимости подвижности.

Исследование электропроводности кристаллов ХГС-2 в направлениях [001] и [100] показано, что материал имеет высокую анизотропию подвижности. Электропроводность в указанных направлениях различается в 10 20 раз как на омическом, так и на сперхлинеИпом участках ВАХ. Однако даже такая значительная анизотропия не может объяснить наблюдаемой величины магнетосоиротивлсния ввиду малости угла Холла. По этой же-причине невозможно объяснить аномальную величину магнетосопротивленля наличием в образце неоднородкостой с различной концентрацией носителей в виде слоев роста. Из наблюдаемого значения холлозской подвижности следует, что ¡» ранках моде пи с одним сортом носителей сопротивление в магнитном ноле должно быть носго янным вплоть до полей порядка 10 Тл. Таким образом, в изучаемом натер паче присутствуют по меньшей ."ере два сорта носи и'лоН с резко различной эффективной массой, что характерно для миогодолннных полупроводников. Кап известно, в таких материалах на неодиороцностях легирования возможен разогрев носителей в локальных электрических полях с перезаселочном долин. Происходящее при разогреве неулругоо однофонош.'ое рассеянно может давать сдвиговый вклад в Ч11Т [Г>],

Основные результаты и выводы.

В одноосных сегиетоэлсктриках PbsGe30a, LiNbOa : Fe, текстурах л монокристаллах ХГС-2 при протекании тока f:(Ei)> перпендикулярного полярной оси сегнетоэлектрнка, возникает четный по полю Ь\ той h. Направленно и величина тока /3 определяются направлением и вели чиной спонтанной поляризации сегиетоэлектрика. В неполиризонанном сегие-ютлектрике ток /3 отсутствует. В центросныметричноК параглек-

i (i 114 -t rttiii фазе ЧПТ не наблюдается.

В режима разомкнутой цепи тока /^во всех исследованных материа .чах наблюдается четное но полю напряжение величиной 10-f 30 В, чт» значшельно превышает ширину запрещенной зоны образцов: Возмо5к ш,ш механизмом, ответственным за четный по нолю ток, является бал лнанческий механизм, заключающийся в рассеянии носителей на за ряжешшх центрах, образуемых инжектированным объемным зарядом По результатам измерений рассчитаны компоненту тензора четною го нолю тока ад для всех исследованных материалов.

После включения и реверсирования поля Е\ наблюдаются общие дл> всех исследованных образцов длительные релаксации четного по пол» ■юкн, сляпанные с накоплением или (и) рассасыванием инжектирован inn и об ьемишо заряда и медленным изменением поляризации поверх шнлимх слоев се»нетоэлектрика под действием поля Е\.

Измерены эффект Холла и магниторезистивный эффект в монокри ел ал пах ХГС-2. Обнаружено аномальная величина махнетосопротивлс нин при освещении сытом различной длины волны. Измеренное в р< а¿щи«.' инжмцмм тепловое магиетосопротивленио монокристаллов ХГС-им»-ч'1 величину, позволяющую предполагать наличие не менее двух Ti П'»и носителей с резко различной эффективной массой. Полученные р( зультаты свидетельствуют о наличии в монокристаллах ХГС-2 услови дни разогрева носителей в локальных полях, связанных с неодпороди« счью легдриааиим, что может приводить к сдвиговому вкладу в ЧПТ.

ШПИГОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

I. Казлаускас П.-A.B., Леышсон И.В. Эффект Сасаки в криста; .liiK «it-> iitiii'ijiiv инверсии //Физика твердого тела. 1964.T.Ö, Вьщ.11

саш-лнм.

" IVi ,1 in K.M., Bbkh M.Di,-Rutin M.V., Magarill L.I. Current quadrat ih lii;li( ;tn<l pli< U^alvayic eitect in crystals without inversion centre, t'livs.,Si.it.So).(H>. 1ЭТ7. V.H3, N2.K97K1ÜÜ.

' li'<-i>. M )i() M;nnp»uiji Л.И.,Эитин M.В. Теория явлений переноса •-и h.i«ih ' i>" ||)иче< ь«м ноне для кристаллов без центра инвера

.'■Tili 1-ыН •)' 12, ЧИП Ч 0,2'!Я 257.

4. Еелиничер В.И., Стурман В.И. ФотогальпаническиН эффект л средах без центра симметрии// УФК, 1980. Т.Ш, гын„Ч. GV1J6-158.

5. Ивченко Е.Л., Пикус Г. 13. Четная электропроводность в ньезозлек-триках яри стриминге. Разделение сдвигового н баллистического вкладов//Письма в ЖЭТФ. 1984. Т.39, иып.в. С.26А-270.

6. Бединичер В.И.,Ивченко Б.Л., Стурман В.И. Кнлотическаи ie-ория сдвигового фотогальванического эффекта в пьезоэлекфи* ках//ЖЭТФ. 1982. Т.83, *ып.2(8). С.(И!»-(Ш.

7. Бурснан Э.В., Гиршберг Я.Г. Когерреитны« аффекты в cerner о влектриках, М.: Прометей, 1989. 1S8C,

8. Тхаченко А.Ю., Иванов Ю.Л. Четный по нолю ток я p-înSb //Письма » ЖЭТФ, 1984. T.3Î), вмн.О. С.270-272.

9. Малицкая М.Л., Раевский И.П., Сизысова. И.Л., Червонобродоп С.П. Исследование эффекта четного но полю тока в полупроводниковой яозисториой керамике// Тезисы докладов 6Международного семинара по физике сегкетозлектриков * полупроводников. Ростов-на-Дону, 1993. С.91,

10. Стурман В.И. Асимметрия электропроиодности в «нроялектри-ках// ФТТ. 1982. Т.24, оып.Ю. €.3079-30*4.

11. Фурман A.C. Теория четного по палю тока в ссгиетоэлектриках// ЖЭТФ. 1990, Т.97, N5. С.1620-Ш8.

12. Стурман В.И., Фридаии В.М. ФоюгдльяаническиЛ эффект в сре- ' дах без центра симметрии я родственные явления. М.; Наука. 1992.

Подписано, в печать if .03.96. «ррыат Шх64/1б. Объем I,b п.л. Тираи Ш экз. Заказ 76-96. Тки. ЩГИ.