Исследование физических аномалий в монокристаллах LiNbO3

Фам Май Ан

Исследование физических аномалий в монокристаллах LiNbO3 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

Фам Май Ан АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Волгоград МЕСТО ЗАЩИТЫ

2014 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.04 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование физических аномалий в монокристаллах LiNbO3»

Автореферат диссертации на тему "Исследование физических аномалий в монокристаллах LiNbO3"

На правах рукописи

Фам Май Ан

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ АНОМАЛИЙ В МОНОКРИСТАЛЛАХ ЫГЧЬОз

01.04.04 - Физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

- 6 МАР 2014

005545702

Волгоград - 2014

005545702

Работа выполнена на кафедре «Физика» в федеральном государственном бюджет ном образовательном учреждении высшего профессионального образована «Волгоградский государственный технический университет». (ФГБОУ ВП< «ВолгГТУ»)

Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор,

Шеин Александр Георгиевич.

Официальные оппоненты: Заргано Геннадий Филиппович

доктор физико-математических наук, профессор, Южный федеральный университет (ЮФУ), заведующий кафедрой радиофизики;

Галиярова Нина Михайновна

доктор физико-математических наук, доцент, Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет (ВолгГАСУ), кафедра физики.

Ведущая организация Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волгоградский государственный университет (ВолГУ)».

Защита состоится «28» марта 2014 г. в 12.00 часов на заседании диссертаци онного совета Д 212.028.05, созданного на базе Волгоградского государственног технического университета по адресу: 400005, г. Волгоград, пр. Ленина, 28, ауд 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государ ственного технического университета.

Автореферат разослан «АР » г^оАла А£> 2014 г,

Ученый секретарь диссертационного совета

Авдеюк Оксана Алексеевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сегнетоэлектрические кристаллы ниобата лития ЫЫ-Ъ03 являются важными материалами для различных применений в пьезотехнике, квантовой, опто- и акустоэлектронике. Они применяются при изготовлении линии задержки на поверхностных акустических волнах, электрооптических модуляторов лазерного излучения, генераторов оптических гармоник, для записи оптической информации, для изготовления голограмм. Кроме того, этот материал представляет значительный интерес и для фундаментальных исследований сегнетоэлектрических явлений в целом. Для практических применений ниобата лития весьма важными являются знание его оптических, электрических и акустических свойств и возможность влиять на физические характеристики кристалла в нужном направлении.

Известно, что многие физические свойства монокристаллического 1л№Юз в области температур от +80 °С до 200 °С проявляют аномальное поведение. Такие аномалии могут заметно влиять на рабочие характеристики устройств, использующих технические элементы из ниобата лития. Причины этих физических аномалий до сих пор однозначно не установлены. Одной из возможных общих причин, согласно высказываниям некоторых исследователей, может являться изо-структурный фазовый переход (без изменения точечной симметрии), протекающий в ниобате лития в указанном температурном интервале. Другими возможными причинами могут быть процессы, связанные с образованием поляронов малого радиуса Ш]*, активацией при этих температурах миграции ионов (напр., РГ и групп ОН"), и другие явления, не затрагивающие собственную кристаллическую структуру ниобата лития. Итак, вопрос о природе аномалий целого ряда физических свойств монокристаллического ниобата лития остается открытым. Поэтому тщательные систематические исследования физических свойств монокристаллического ниобата лития и в особенности его аномального поведения в этой области температур является актуальной задачей, важной как для совершенствования практических изделий, в которых применяется ниобат лития, так и для понимания особенностей физических явлений в полярных средах.

Степень научной разработанности темы. В отечественной и зарубежной научной периодике встречается большое число работ, описывающих различные аспекты экспериментальных исследований физических свойств ниобата лития. Это связано со все более расширяющимся диапазоном практического применения этого материала. Систематизированные сведения о структуре, технологиях выращивания и физических свойствах монокристаллов ЬПЧЬОз сведены в ряд монографий [1-3], доступных широкому кругу исследователей.

Сообщения о проявлениях различными физическими свойствами ниобата лития аномального поведения в температурной области от комнатной температуры до +200 °С появились в литературе с середины 60-х годов XX века, в период интенсивных исследований этого материала. Результаты тепловых исследований (В.В. Жданов в сотрудн., 1968 г), пироэлектрических исследований (М.Б. Ройт-берг с сотрудн., 1969 г), исследования механических свойств 1л№Ю3 (К.Г. Белаба-

ев с сотр., 1973 г) позволили ограничить интервал "особенного" поведения ниоба-та лития температурами +120 °С +150 °С. Опубликованные в 1968 году результаты рентгеноструктурных исследований монокристаллического LiNbCb, выполненные И.Г. Исмаилзаде [4], констатировали наличие в его кристаллической решетке изоструктурного фазового перехода при температуре +130 °С. Эти результаты впоследствии многократно проверялись и были признаны ошибочными. Однако исследователи продолжали сообщать о новых проявлениях аномального поведения этого материала в отмеченной области температур, напр., в монографии A.C. Сонина [5] сообщается об аномалии полуволнового напряжения в LiN-Ь03 при температуре +130 °С. Накапливающийся объем экспериментальных результатов свидетельствовал о физической общности причин, ответственных за наблюдаемые явления. Качественное объяснение, выдвинутое, по-видимому, впервые К.Г. Белабаевым [6], предполагало в качестве такой общей причины гипотетическое изменение фазового состояния дефектов кристаллической структуры ниобата лития, происходящее в интервале температур +120 °С + +150 °С. При этом не конкретизировалась ни природа этих дефектов, ни характер процессов, происходящих в кристалле под их влиянием, т.е. не вскрывалась сущность самого явления "изменения фазового состояния дефектов".

Исследования электропроводности ниобата лития выявили несколько температурных участков, характеризующихся своими особенными типами носителей. При +100 °С <Т< +400 °С электропроводность ниобата лития большинство исследователей считают электронной. При температурах более +300 °С усиливается вклад ионной примесной составляющей. При более низких температурах (менее 60 - 100 °С) предполагается электронная проводимость поляронного характера. Изменение типа проводимости при температурах выше +100 °С также связывалось с наблюдаемыми аномалиями ряда физических свойств LiNb03. В то же время исследования примесного ниобата лития, проведенные в последнее время в России и за рубежом, показали, что интенсивность проявления аномалий и даже сам факт их появления могут быть обусловлены влиянием примесей, внедренных в решетку кристалла. В вышедшем в 1989 г в Лондоне обзоре IEE, посвященном физическим свойствам ниобата лития [7], сообщается, что, кроме Исмаилзаде, в LiNb03 рядом исследователей также обнаружен фазовый переход в "проблемной" температурной области, индуцируемый весьма малыми концентрациями примесных атомов в решетке кристалла (менее 0,1%). В этой связи отрицательные результаты попыток обнаружить низкотемпературный фазовый переход в LiNb03, предпринятые после работы Исмаилзаде, могут быть обусловлены именно высокой степенью чистоты исследованных кристаллов. Таким образом, открытым остается вопрос о возможных структурных изменениях в кристаллической решетке ниобата лития как общей причине наблюдаемых в этом кристалле аномальных явлений в интервале +120 °С +150 °С.

Целью работы является исследование физических свойств монокристаллического ниобата лития в области температур от комнатной до +200 °С и их аномалий в окрестности температуры +130 °С.

Для достижения постановленной цели решались следующие задачи:

1. Исследование диэлектрического отклика монокристаллов ниобата лития в слабых переменных полях низких и инфранизких частот при различных амплитудах измерительного электрического поля в области температур от комнатной до +200 °С;

2. Исследование электропроводности монокристаллов ниобата лития в слабых переменных полях в диапазоне частот 1 - 1000 Гц в области температур от комнатной до +200 °С;

3. Исследование температурной зависимости скорости продольных акустических волн и их затухания в монокристаллическом ниобате лития в интервале температур от комнатной до +200 °С;

4. Исследование теплового расширения монокристаллического ниобата лития в области температур от комнатной до +200 °С;

5. Сопоставление получаемых результатов с данными, относящимися к аномальному поведению других физических характеристик ниобата лития в указанной температурной области.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые проведены исследования диэлектрического отклика монокристаллов ниобата лития в слабых переменных полях инфранизких частот. При измерениях на частотах менее 10 Гц и температурах выше + 100 °С + +130 °С обнаружено существенное возрастание температурной зависимости действительной части диэлектрической проницаемости е' в направлении полярной оси с. В направлении оси а изменения характера зависимости е'(7) не наблюдается. В области температур + 100 °С +130 °С обнаружено изменение характера температурной зависимости диэлектрических потерь в направлениях осей а и с. Выше указанного температурного интервала при повышении температуры наблюдается более интенсивное возрастание диэлектрических потерь.

2. Обнаружено существенное различие частотных зависимостей действительной части комплексной диэлектрической проницаемости ЫМЬОз в направлениях осей а и с. Для направления а с повышением частоты наблюдается монотонное уменьшение е' во всем исследованном температурном интервале. Для полярной оси с монотонный характер частотной зависимости е'(у) наблюдается только до температур, не превосходящих + 100 °С + +130 °С. При более высоких температурах на зависимости е'(у) наблюдается два участка, изменение характера дисперсии е'(у) происходит в области частот 10-50 Гц.

3. В интервале температур от комнатной до +200 °С температурные зависимости эффективной проводимости, впервые полученные для частот измерительного поля 1 Гц и 100 Гц, содержат два аррениусовских участка, различающихся энергиями активации (0,1 эВ для низкотемпературной области и 0,4 эВ -для высокотемпературной области). Изменение температурной зависимости электропроводности происходит в температурном интервале + 100 °С +130 °С.

уменьшается с ростом температуры, обнаруживая гистерезис в процессе цикла нагрева и последующего охлаждения образца. Впервые бнаружено явление термического "отжига" образца, проявляющееся в прогрессирующем уменьшении коэффициента затухания в области температур выше +130 °С после каждого цикла нагрева-охлаждения образца.

5. В результате проведенных исследований теплового расширения монокристаллического ниобата лития, в направлении оси а в области температур от комнатной до +200 °С показано, что температурная зависимость абсолютного удлинения иМэОз содержит два линейных участка - от +25 °С до +130 °С и от +130 °С до +200 °С. Рассчитанное значение среднего коэффициента линейного расширения низкотемпературного участка составляет (10,55 ± 0,35) -10"6 К"1

6. При проведении последовательных циклов температурных измерений линейного расширения ЫМзОз в направлении оси а, сопровождающихся нагревами и последующими охлаждениями образца в воздушной среде, впервые обнаружено последовательное уменьшение среднего коэффициента линейного расширения, рассчитанного для высокотемпературного участка темпе, и увеличение среднего коэффициента линейного расширения на высокотемпературном участке до значения (12,45 ± 0,15) -10"6 К'1 при отжиге образца в атмосфере паров воды в течение 3 часов при температуре +250 °С. Значение среднего коэффициента линейного расширения низкотемпературного участка не изменяется.

Теоретическая и практическая ценности: полученные новые экспериментальные результаты и закономерности при исследовании диэлектрического отклика, акустического поведения, тепловых свойств монокристаллов ЫЫЬОз в интервале температур от комнатной до 200 °С имеют фундаментальное значение для углубления понимания процессов, протекающих в полярных кристаллах, содержащих структурные дефекты различной природы, и представляют, кроме того, практический интерес, поскольку монокристаллический ниобат лития находит все более широкое применение в различных областях современной электроники.

Методология и методы исследования. При выполнении диссертационной работы использовались различные методы теоретических и экспериментальных исследований электрофизических характеристик объекта в слабых электрических поля, в переменных электрических полях высокой напряженности, исследований акустического поведения и теплового расширения объекта, использовались методы автоматизации сбора и обработки экспериментальных данных.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Для полярного направления с в монокристаллическом ниобате лития при температурах выше +130 °С наблюдается инфранизкочастотная (V < 10 Гц) дисперсия диэлектрической проницаемости в слабых электрических полях (Е < 3 кВ-м '), обусловленная проводимостью кристалла.

2. Для электропроводности 1л№>03 по оси с при температурах от комнатной до +200 °С на частотах 1 Гц и 100 Гц выполняется термоактивационный закон Аррениуса. Энергия активации ниже температуры + 130 °С составляет 0,1 эВ, выше этой температуры - 0,4 эВ.

3. В направлении оси с у монокристаллического ниобата лития наблюдается инфранизкочастотная дисперсия диэлектрической проницаемости, измеренная в электрических полях с напряженностью более 3 кВ-см глубина которой (Де'эфф = е'Эфф1Гц- е'эффюгц) возрастает при температурах, превышающих +130 °С, что обусловлено вкладом в релаксацию поляризации поляронов малого радиуса МЬ[* , активируемых при этой температуре.

4. Обнаружено прогрессирующее уменьшение коэффициента затухания продольных звуковых волн в 1л№>03 в области температур выше +130 °С в результате воздействия термических циклов нагрева-охлаждения ОМЮз, что может быть обусловлено уменьшением концентрации гидроксильных групп в кристалле при его отжиге в окислительной атмосфере при температуре выше +130 °С.

5. Температурная зависимость абсолютного термического удлинения ниобата лития в направлении оси а в исследованном температурном диапазоне содержит два линейных участка, пересечение которых соответствует температуре 133 ± 4 °С.

6. Обнаружено прогрессирующее уменьшение среднего коэффициента линейного расширения для высокотемпературного участка в результате проведения последовательных циклов нагрева-охлаждения образца, что может являться следствием уменьшения концентрации гидроксильных групп в кристалле при его отжиге в окислительной атмосфере при температуре выше +130 °С. Отжиг кристалла при температуре +250 °С в восстановительной атмосфере, напротив, повышает концентрацию гидроксильных групп, что приводит к увеличению скорости теплового расширения кристалла при температурах выше +130 °С, и не влияет на скорость теплового расширения ниже этой температуры.

Достоверность полученных результатов подтверждается их сопоставлением с имеющимися в литературе данными о существовании аномалий ряда физических свойств монокристаллического ниобата лития в окрестности температуры +130 °С, а также выступлениями автора на конференциях различного уровня.

Апробация результатов. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались на трех Международных научно-технических конференциях «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» 2011 г. (1М-ТЕ1ШАТ1С-2011), Москва; 2012 г. (1МТЕ1ШАТ1С-2012), Москва; 2013 г. (Ш-ТЕ1ШАТ1С-2013), Москва; Третьей Всероссийской научно-технической конференции «Методы создания, исследования микро-, наносистем и экономические аспекты микро-, наноэлектроники» 2011 г., Пенза; 7(12) Международном семинаре по физике сегнетоэластиков 2012 г. (15РР7), Воронеж.

Соответствие паспорту научной специальности. Указанная область исследования соответствует паспорту специальности 01.04.04 - «Физическая электроника», а именно пункту 2 - "Твердотельная электроника, в том числе СВЧ-электроника, полупроводниковая электроника, акустоэлектроника, сверхпроводниковая электроника, спиновая электроника, оптоэлектроника, криоэлектроника" и пункту 4 - "Физические явления в твердотельных микро- и наноструктурах, молекулярных структурах и кластерах; проводящих, полупроводниковых и тонких диэлектрических пленках и покрытиях".

Личный вклад автора заключается в том, что им непосредственно проведены эксперименты по выявлению температурных зависимостей диэлектрических, акустических и теплофизических характеристик объекта исследования, получены численные результаты и закономерности, приведенные в диссертации, автореферате и в публикациях [1-10].

Публикации. По результатам работы имеется 10 публикаций, в том числе 3 статьи в журналах из списка ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, 1 приложения, библиографического списка используемой литературы из 115 наименований. Работа содержит 100 страниц машинописного текста, 39 рисунков, 1 таблица.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность, степень разработанности темы, научная новизна, научная и практическая ценность результатов, сформулированы цель и задачи исследования, методология и методы, указаны положения, выносимые на защиту, приводится список конференций, на которых были апробированы результаты, полученные автором.

Первая глава является обзором литературы по теме диссертации. В ней рассмотрены кристаллические, сегнетоэлектрические и электрофизические свойства монокристаллов ниобата лития, методы выращивания и исследования их состава и дефектности. Описываются аномалии некоторых физических свойств LiNbÜ3 в области температур 100 °С - 150 °С, материал о которых опубликован в литературе в течение длительного времени исследования этого кристалла.

Во второй главе рассматриваются экспериментальные методики, примененные автором в процессе выполнения работы, описываются исследованные в работе образцы. Описаны методы и оборудование для исследований диэлектрического отклика в низко- и инфранизкочастотном диапазоне, акустических исследований, дилатометрическая установка и оборудование для дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Для измерений комплексной диэлектрической проницаемости б* в слабых электрических полях (не превышающих 3 кВ/м) в диапазоне частот от 1 до 1000 Гц использовалась установка мостового типа. Для наблюдения петель поляризации применялась модифицированная схема Сойера-Тауэра. Для измерения скорости продольных звуковых волн использовался резонансный метод на первой и второй гармониках продольных колебаний. Исследования теплового расширения проводились с помощью измерителя микроперемещений модели "214" Московского завода "Калибр". Для исследования тепловыделения образцов в процессе изменения температуры вблизи предполагаемой точки фазового перехода (+130 °С) использовался универсальный дифференциальный сканирующий калориметр DSC 204 Fl Phoenix.

В третьей главе приведены и обсуждаются результаты экспериментальных электрофизических исследований монокристаллов ниобата лития в области температур от комнатной до 200 °С. В разделе 3.1 представлены результаты измерений действительной s'(T,v) и мнимой s"(T,v) частей комплексной диэлектрической

проницаемости в диапазоне частот от .1 Гц до 1000 Гц в слабых измерительных полях в температурном интервале +30 °С +200 °С. Показано, что температурное поведение действительной части комплексной диэлектрической проницаемости ниобата лития отличается для кристаллографических направлений а и с. В первом случае наблюдается монотонное повышение е' по мере роста температуры (рисунок 1а), при измерениях вдоль полярной оси такой характер температурной зависимости е'(Т) наблюдается только на частотах более 100 Гц. На частотах менее 100.Гц при температурах выше +130 °С зависимость е'(Т) становится более выраженной. При уменьшении измерительной частоты величина йг'МТ увеличивается (рисунок 16).

105 100 95 ^ 90 85 80

в;;;

-»-1Гц 5 Гц * 10 Гц

— 25 Гц -*-100 Гц

— 500 Гц -*- 1000 Гц

♦

48 43 38

-М-"'

■ 1Гц -«- 5 Гц

25 Гц -♦-100 Гц — 500 Гц -*- 1000 Гц

130

т ос

180

130

т : сс

1 80

Рисунок 1 - Температурные зависимости действительной части е'(Т) комплексной диэлектрической проницаемости монокристаллов ниобата лития, измеренные на различных частотах в направлении оси а (а) и оси с (б)

Исследование частотных зависимостей действительной части диэлектрической проницаемости ЫМзОз в направлении осей а и с показало, что значения е' уменьшаются при повышении частоты при всех температурах, указывая на релаксационный тип дисперсии в данном диапазоне частот (рисунок 2). Здесь, так же, как и на графиках, приведенных на рисунке 1, заметны отличия в поведении диэлектрического отклика ниобата лития, измеряемого по осям а и с. По оси а (рисунок 2а) по мере увеличения измерительной частоты наблюдается монотонное уменьшение диэлектрической проницаемости. При этом скорость уменьшения е'(у) практически одинакова для всех исследованных температур. Для оси с (рисунок 26) при относительно невысоких температурах (Т < 110 °С) частотные зависимости е'(у) проходят практически параллельно оси частот. Существенная частотная зависимость е'(у) начинает проявляться при температурах выше +130 °С.

Рисунок 2 - Частотные зависимости действительной части е'(у) комплексной диэлектрической проницаемости ниобата лития

Исследование температурных зависимостей диэлектрических потерь в интервале температур от комнатной до +100 °С + +130 °С показало весьма слабую зависимость е" от температуры в направлении оси с и независимость е" от температуры для направления вдоль оси а. При превышении этой температуры диэлектрические потери существенно возрастают - в направлении оси а на порядок, в направлении оси с на три порядка в исследованном интервале температур.

Рисунок 3 демонстрирует частотные зависимости е"(У) ниобата лития, измеренные вдоль осей а и с. Результаты исследований показывают наличие для этих направлений дисперсии диэлектрических потерь, более выраженной при измерениях в направлении полярной оси с.

0.01

100 1000 у, Гц

Рисунок 3 - Частотные зависимости е"(у) мнимой части диэлектрической проницаемости ниобата лития в направлении оси а (а) и оси с (б)

Описаны температурные и частотные зависимости электропроводности ниобата лития вдоль полярной оси с в слабых переменных полях. Эффективная проводимость рассчитывалась по результатам температурных измерений диэлек-

трических потерь е" на трех измерительных частотах - 1 Гц, 100 Гц и 1000 Гц, по формуле

<Ьфф = 2 тс v е" е0 (1)

где v - частота измерительного поля, е0- электрическая постоянная.

Зависимости эффективной проводимости ниобата лития от обратной температуры, приведены на рисунке 4, содержат две температурных области, на которых выполняется термоактивационный закон Аррениуса (2)

°ехр(~|р) (2)

где энергия активации Еа для низкотемпературной области равна 0,1 эВ, для высокотемпературной области - 0,4 эВ. Исключение составляет результат, полученный на частоте 1000 Гц. Здесь при Т < 130 °С наблюдается обратная зависимость - увеличение проводимости при уменьшении температуры.

Результаты исследования частотных зависимостей эффективной проводимости приведены на рисунке 5. Они указывают на прыжковый тип проводимости в данном температурном интервале.

I х

227 127 60 13

1С"7

Ь ю-9

10 2 2.5 3 3.5

1000.-Т к-1

Рисунок 4 - Температурные зависимости эффективной проводимости ниобата лития для трех измерительных частот

Рисунок 5 - Частотные зависимости эффективной проводимости ниобата лития для четырех температур

Дисперсия электропроводности подчиняется характерному для прыжковой проводимости степенному закону (3)

<7эФФ = Ауп, (3)

(где А - константа, п = 0,45 при комнатной температуре). Дисперсия уменьшается по мере повышения температуры, и при температуре +200 °С уже не наблюдается.

В разделе 3.3 даются результаты исследований диэлектрического отклика монокристалла ниобата лития в переменных полях в интервале амплитуд от 3.98 до 13.1 кВ-см"1 на частотах 1 Гц и 10 Гц в области температуры от +70 °С до +200 °С. На частоте 1 Гц при Т= 70°С диэлектрический отклик 1л№>03 является ли-

нейным с очень малыми потерями. При увеличении температуры петли расширяются, что свидетельствует о возрастании диэлектрических потерь, но линейный характер диэлектрического отклика сохраняется. Причиной такого вклада в релаксацию поляризации, по-видимому, является возникновение новых типов носителей при повышении температуры. Такое же температурное поведение демонстрируют результаты, полученные на частоте 10 Гц, однако диэлектрические потери на этой частоте существенно меньше. Температурные зависимости действительной £'э ФФ(Т) и мнимой £"фф (Т) составляющих эффективной диэлектрической проницаемости на частотах 1 Гц и 10 Гц в переменных полях 3,98 - 13,1 кВ/см, изображены на рисунке 6.

а> б)

50 * I Гц. 3.98 кВч-м;-'

И а. Ш кВ*«-1 „,-<"-'

♦Ш1ц,7.?5 кВ-гаг1 .¿г*

^ ивпизд^Х ^

!! "

Й» 110 1Й1> 21П ы -1«

• : Гц. 3.9» кГСчи-!

20 I Гя Т.ВУкВ-га-1

* 1 Гл. 1.5.1 кВ-га '

15 • КИ'ц.З.иЯкИ«-1

* [и Гц. Т.« кН-ик4

> »Гц. Ш кй-ог1

К»

Г, 'С

Рисунок 6 - Температурные зависимости действительной £'эфф (а) и мнимой £"фф (б) частей эффективной диэлектрической проницаемости на частотах 1 Гц и 10 Гц для трех значений измерительных полей

Исследование температурных зависимостей эффективной глубины дисперсии диэлектрической проницаемости показали, что глубина дисперсии практически постоянна до температуры +100 °С + 120 °С, однако выше этого интервала температур происходит ее интенсивное возрастание, одновременно уменьшается различие в численных значениях глубины дисперсии для частот 1 Гц и 100 Гц.

Четвертая глава посвящена акустическим и теплофизическим исследованиям о. В разделе 4.1 рассматриваются температурные зависимости скорости и затухания продольных звуковых волн в 1Л\ТЬ03 в направлении оси а температурном интервале от комнатной температуры до +200 °С. С повышением температуры скорость звука монотонно уменьшается. Для первого и второго циклов измерений кривая ь(Т) имеет слабо выраженный излом в районе +130 °С, последующих измерениях зависимость ю(Т) имеет линейный характер во всем исследованном интервале температур. Это может быть обусловлено термическим "омоложением" образца в первых двух циклах его нагрева - охлаждения.

Температурные ависимости коэффициента а(Т) приведены на рисунке 7. С повышением температуры выше +130 °С происходит более существенный рост

коэффициента затухания а. Обнаружено явление гистерезиса температурных зависимостей а(7). Численное значение коэффициента затухания при охлаждении образца оказывается меньшим при той же температуре, чем в случае нагревания образца.

Таким образом, воздействие на образец циклов нагрева - охлаждения приводит к значительному уменьшению интенсивности акустического затухания.

а, м~1

9 ————— 8-----е--

3 —---

2 -L------ Т°С

О 50 100 150 200 250

• о 1-й цикл нагрев - охлаждение ■ □ 2-й цикл нагрев - охлаждение ад 3-й цикл нагрев - охлаждение

Рисунок 7 - Эволюция температурных зависимостей коэффициента затухания звуковых волн при проведении циклов нагрева - охлаждения образца. Зачерненные точки соответствуют режиму нагревания

В разделе 4.2 представлены дилатометрические исследования монокристаллического LiNb03 в диапазоне температур от комнатной до +200 °С, в направлении кристаллографической оси а. Для образца № 1 было проведено три измерения с интервалами между измерениями 24 часа. Зависимость Ы(Т) состоит из двух линейных участков, излом между которыми наблюдается при температуре ~ +130 °С. При первом исследовании рассчитанный угол между прямыми, соответствующими нижней и верхней участкам зависимости, представленной на рисунке 12, составлял ~ 1,88°. При последующих измерениях этот угол последовательно уменьшался до значений 0,86° и 0,81°. При этом низкотемпературная часть зависимостей теплового удлинения образца не изменялась.

Для образца № 2, подвергнутого отжигу в атмосфере паров воды при температуре +250 °С в течение трех часов, было проведено два цикла измерений с интервалом 24 часа. Результаты первого и второго циклов измерений практически совпадают. Угол между низкотемпературным и высокотемпературным участками увеличился по сравнению с первым образцом и достигает 2°.

Усредненное значение температуры излома на графиках, полученное расчетным путем по результатам всех исследований, составило +133 ± 4 °С. Средний коэффициент линейного расширения в низкотемпературной области одинаков у

• • »

* о ■

♦ J • ■ □

• • _о ' ■ 6 а к

% X < • "о" t Л

А 7 pjgS а*1

всех образцов и составляет (10,55 ± 0,35) -10"6 К"'. Максимальное значение коэффициента линейного расширения для верхнего участка равно 12,06-10'6 К"1.

Для получения дополнительной информации об особенностях поведения ниобата лития в окрестности температурной точки +133 °С проведены исследования образца 1Л№>Оз методом дифференциально-сканирующей калориметрии в температурном интервале +110 °С - +170 °С в среде аргона, в режиме линейного нагрева образца, скорость подъема температуры 5 К/мин. Было проведено два цикла измерений, с интервалом в 1 сутки. Исследования показали скачкообразное увеличение угла наклона кривой ДСК- сигнала выше температуры ~ +125 °С -+130 °С, что указывает на скачкообразное изменение теплоемкости образца при этой температуре. При втором цикле измерений величина изменения угла наклона кривой ДСК-сигнала уменьшилась, что может быть обусловлено, как и при дилатометрических исследованиях, влиянием термического отжига образца.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Экспериментально исследовано температурное поведение комплексной диэлектрической проницаемости монокристаллического ниобата лития в температурном интервале +30 °С + +200 °С в слабых полях низко- и инфранизкочастотно-го диапазона. При измерениях на частотах менее 10 Гц и температурах выше + 100 °С +130 °С впервые обнаружено существенное возрастание температурной зависимости действительной части диэлектрической проницаемости в направлении оси с. Температурные зависимости е" демонстрируют наличие двух участков - выше и ниже температурного интервала +100 °С + +130 °С. При превышении этой температуры диэлектрические потери существенно возрастают - в направлении оси а на порядок, в направлении оси с на три порядка.

. 2. Экспериментально исследована эффективная проводимость 1л№>03 в направлении оси с, в диапазоне частот от 1 до 1000 Гц в слабых переменных полях в температурном интервале +30 °С + +200 °С. Результаты позволяют сделать вывод о прыжковом типе проводимости в этом интервале температур.

3. Экспериментально исследованы скорость и затухание продольных акустических волн в монокристаллическом ниобате лития в направлении полярной оси в температурном интервале +30 °С +200 °С. Зависимость ь(Т) содержит два линейных участка, выше и ниже температуры +130 °С, что свидетельствует о скачкообразном изменении температурного коэффициента скорости звука (ТКС) при этой температуре. При проведении циклов нагрева образца до температуры + 200 °С.и его охлаждения в окислительной атмосфере наблюдается уменьшение скачка ТКС вплоть до его полного исчезновения, за счет уменьшения ТКС высокотемпературного участка.

4. Впервые обнаружено явление гистерезиса температурных зависимостей коэффициента затухания а(7) в области температур выше +130 °С при термических циклах нагрева-охлаждения образца в окислительной атмосфере. При Т < +130 °С гистерезис выражен в значительно меньшей степени.

5. Экспериментально исследовано тепловое расширение монокристаллов ниобата лития в направлении кристаллографической оси а в температурном ин-

тервале +30 °С +200 "С. Температурная зависимость абсолютного удлинения содержит два линейных участка, выше и ниже температуры +133 ± 4 °С. Впервые обнаружено уменьшение коэффициента линейного расширения на высокотемпературном участке дилатометрической кривой при проведении циклов нагрева образца до температуры + 200 °С и его последующего охлаждения в окислительной атмосфере. Отжиг ниобата лития в восстановительной атмосфере при температуре +250 °С в течение трех часов приводит к увеличению коэффициента линейного расширения в области температур выше +133 °С.

6. Обнаруженные в работе явления "отжига" физических характеристик монокристаллического ниобата лития обусловлены процессами обратимой адсорбции-десорбции протонов в поверхностном слое исследованных образцов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Нгуен Хоай Тхыонг. Поведение эффективной проводимости в монокристалле LiNb03 в слабых переменных полях низко- и инфранизкой частоты / Нгуен Хоай Тхыонг, Фам Май Ан, C.B. Медников, А.И. Бурханов // Изв. ВолгГТУ. Серия «электроника, измерительная техника, радиотехника и связь». Вып. 6: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2012. - № 6(93). - С. 40-42.

2. Фам Май Ан. Особенности инфранизкочастотных процессов релаксации поляризации в монокристаллах LiNb03 / Фам Май Ан, Нгуен Хоай Тхыонг, А.И. Бурханов, C.B. Медников // Известия Российской академии наук. Серия физическая. - 2013. - Т. 77, № 8. - С. 1163-1165.

3. Фам Май Ан. Особенности акустических характеристик монокристаллического ниобата лития в окрестности температуры +130 °С / Фам Май Ан, А.И. Бурханов, C.B. Медников, А.Г. Шеин // Изв. ВолгГТУ. Серия «электроника, измерительная техника, радиотехника и связь». Вып. 7: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2013. - № 3(106). - С. 57-60.

Статьи, материалы конференций:

4. Pham Mai An. Features of Infralow-Frequency Polarization Relaxation Processes in LiNb03 Single Crystals / Pham Mai An, Nguyen Hoai Thuong, A. I. Burk-hanov, S. V. Mednikov // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics. -2013. - Vol. 77, No. 8. - C. 1056-1058.

5. Нгуен X.T. Поведение эффективной проводимости в LiNb03 в слабых переменных полях низко- и инфранизкой частоты / Х.Т. Нгуен, М.А. Фам, C.B. Медников, А.И. Бурханов // Методы создания, исследования микро-, наносистем и экономические аспекты микро-, наноэлектроники: матер. III Всеросс. науч.-техн. конф., г. Пенза, 30 нояб. - 2 дек. 2011 г. / Пензенский гос. ун-т [и др.]. - Пенза, 2011. - С. 90-92.

6. Бурханов А.И. Диэлектрические исследования монокристаллов ниобата лития в инфранизкочастотном диапазоне / А.И. Бурханов, C.B. Медников, Х.Т. Нгуен, М.А. Фам // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения : матер. Междунар. науч.-техн. конф. "INTERMATIC - 2011", г. Mo-

сква, 14-17 нояб. 2011 г. / МГТУ МИРЭА - ИРЭ РАН. - М., 2011. - Ч. 2. - С. 110113.

7. Нгуен Хоай Тхыонг. Инфранизкочастотный диэлектрический отклик монокристаллов ниобата лития / Нгуен Хоай Тхыонг, Фам Май Ан, С.В. Медников // Новый университет. Серия: Вопросы естественных наук. - 2012. -№ 1(4). -С. 3-6.

8. Фам Май Ан. Особенности инфранизкочастотных процессов релаксации поляризации в монокристаллах LiNb03 / Фам Май Ан, Нгуен Хоай Тхыонг, С.В. Медников, А.И. Бурханов // The Seventh Internanional Seminar on Ferroelastic Physics (Voronezh, Russia, September 10-13, 2012): abstract book / RAS, Voronezh State Technical University. - Voronezh, 2012. - С. 105.

9. Фам Май Ан. Особенности диэлектрического отклика монокристалла LiNb03 в низко - и инфранизкочастотных переменных полях / Фам Май Ан, Нгуен Хоай Тхыонг, А.И. Бурханов, С.В. Медников // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения: матер. Междунар. науч.-техн. конф. "INTERMATIC - 2012", г. Москва, 3-7 дек. 2012 г. / МГТУ МИРЭА - ИРЭ РАН. -М., 2012. -Ч. 3.- С. 88-90.

10. Фам Май Ан. Особенности теплового расширения монокристаллов ниобата лития / Фам Май Ан, С.В. Медников, А.И. Бурханов, Н.В. Сидоренко, А.Г. Шеин // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения : матер, междунар. науч.-техн. конф. "INTERMATIC - 2013", г. Москва, 2-6 дек. 2013 г. / Энергоатомиздат. - М., 2013. - Ч. 2. - С. 137-140.

Литература

1. Кузьминов Ю.С. Электрооптический и нелинейнооптический кристалл ниобата лития. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1987. - 264 с.

2. Сидоров Н.В. Ниобат лития: дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны / Н.В. Сидоров, Т.Р. Волк, Б.Н. Маврин, В.Т. Калиников. -М.: Наука, 2003. - 255 е.: ил. - ISBN 5-02-006482-3.

3. Т. Volk and М. Wohlecke. Lithium Niobate: Defects, Photorefraction and Ferroelectric Switching // Springer Series in Materials Science; ISSN 0933-033X; 115. Berlin. 2008.-258 P.

4. Исмаилзаде И.Г. Рентгенографическое исследование ниобата лития при высоких температурах / И.Г. Исмаилзаде, В.И. Нестеренко, Ф.А, Миришли // Кристаллография, 1968.-Т. 13, № 1.-С. 33-37.

5. Сонин А.С., Василевская А.С. Электрооптические кристаллы - М.: Атомиз-дат, 1971.-326 с.

6. Белабаев К.Г. Особенности релаксации остаточных напряжений монокристаллов LiNb03 в области 20 - 200 °С / К.Г. Белабаев, В.Т. Габриэлян, В.Х. Сарки-сов // Кристаллография. - 1973. - Т. 18, Вып. 1. - С. 198 - 201.

7. Brice. J.C. Phase transition temperatures of LiNb03 / J.C. Brice // in Properties of Lithium Niobate.- INSPEC, IEE, London, 1989.

Подписано в печать 29. (РУ. 2014 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Печ. л. ^ # . Тираж /#¿7 экз. Заказ №

Типография ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета. 400005,г. Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28, корп. №7.

Текст научной работы диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Фам Май Ан, Волгоград

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ФАМ МАЙ АН

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ АНОМАЛИЙ В МОНОКРИСТАЛЛАХ 1л1ЧЬОз

Специальность 01.04.04 - Физическая электроника

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор

Шеин Александр Георгиевич

Волгоград 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................5

Глава 1 Структура, методы выращивания и основные физические свойства монокристаллов 1лМЮз (литературный обзор).........................................................12

1.1 Фазовая диаграмма системы ОгО-М^С^ и кристаллическая

структура ниобата лития...........................................................................................12

1.2 Выращивание монокристаллов ниобата лития.................................................16

1.3 Точечные структурные дефекты в кристаллах ниобата лития.......................18

1.3.1 Собственные дефекты в ЫЫЬОз..................................................................18

1.3.2 Радиационно-индуцированные дефекты в кристаллах

ниобата лития..........................................................................................................22

1.4 Доменная структура............................................................................................27

1.5 Электрические свойства ниобата лития............................................................30

1.5.1 Полярон и биполярон....................................................................................30

1.5.2 Диэлектрические свойства...........................................................................31

1.5.3 Электропроводность.....................................................................................33

1.6. Аномалии некоторых физических свойств 1лМЮ3 в окрестности температуры +130 °С.................................................................................................36

Выводы к Главе 1.......................................................................................................40

Глава 2 Экспериментальные методики......................................................................42

2.1 Методика исследования диэлектрического отклика образцов.......................42

2.2 Методика исследования петель поляризации...................................................45

2.3 Методика проведения акустических исследований.........................................48

2.4 Методика измерения теплового расширения образцов...................................49

2.5 Дифференциальная сканирующая калориметрия образцов...........................51

2.6 Образцы для исследований.................................................................................51

Выводы к Главе 2.......................................................................................................52

Глава 3 Результаты электрофизических исследований монокристаллов ниобата лития...............................................................................................................................54

3.1 Поведение монокристаллов ниобата лития в слабых

электрических полях................................................................................................54

3.2 Температурные зависимости электропроводности ниобата

лития в слабых переменных полях..........................................................................60

3.3 Эффективный диэлектрический отклик ниобата лития в электрических полях низких и инфранизких частот.......................................................................63

3.4 Обсуждение результатов.....................................................................................69

Выводы к Главе 3.......................................................................................................71

Глава 4 Акустические и теплофизические исследования монокристаллического ниобата лития................................................................................................................72

4.1 Температурные исследования скорости и затухания продольных звуковых волн в 1л1МЪОз.............................................................................................................72

4.2 Тепловое расширение монокристаллического ниобата лития в температурном интервале 25 - 200 °С.....................................................................76

4.3 Результаты исследований ниобата лития методом дифференциально-сканирующей калориметрии....................................................................................79

4.4 Обсуждение результатов.....................................................................................81

Выводы к Главе 4.......................................................................................................84

Заключение. Основные результаты и выводы...........................................................86

Приложение. Схема ИНЧ-моста..................................................................................88

Литература.....................................................................................................................89

ВВЕДЕНИЕ

Сегнетоэлектрические кристаллы ниобата лития LiNbC^ являются важными материалами для фундаментальных исследований и применения в пьезотехнике, квантовой, опто- и акустоэлектронике. Они применяются в изготовлении линии задержки на поверхностных акустических волнах, электрооптических модуляторов лазерного излучения, генераторов оптических гармоник, записей оптической информации и т.д. Для подобных применений ниобата лития весьма важными являются знание оптических, электрических и акустических свойств кристаллов и возможность влиять на них в нужном направлении [1-9].

Известно, что многие физические характеристики монокристаллического LiNbOs в области температур от +80 °С до +200 °С проявляют аномальное поведение. Такие аномалии могут заметно влиять на рабочие характеристики устройств, использующих технические элементы из ниобата лития.

Так, результаты исследований тепловых свойств ниобата лития (линейное расширение, теплопроводность), приведенные в [10], показывают наличие особенностей в температурных зависимостях этих величин в области температур +120 °С-+150 °С.

Авторы работы [11] сообщают об аномальном поведении пироэлектрического коэффициента ниобата лития в этой же температурной области +120 °С +150 °С. В работе [12] методом фотоупругости были исследованы остаточные напряжения в ниобате лития, процессы релаксации которых активируются также в области температур +120 °С +150 °С.

В монографии A.C. Сонина [13] приводятся результаты исследований электрооптического эффекта в ниобате лития. Температурная зависимость полуволнового напряжения практически не наблюдается до температуры +130 °С, однако при повышении температуры выше этого порога наблюдается резкое уменьшение полуволнового напряжения. Одной из возможных общих причин всех этих явлений может являться изоструктурный фазовый переход (без изменения точечной симметрии кристалла), о котором сообщалось в [14].

Однако более поздними исследованиями не удалось подтвердить наличие фазового перехода в структуре 1ЛМЮз в температурной области +120 °С ^ +150

Возможным механизмом такого влияния может быть изменение характера электропроводности кристалла при этой температуре [15], либо изменение фазового состояния дефектов, о чем предполагается в работе [12]. Поэтому тщательные систематические исследования физических свойств монокристаллического ниобата лития и в особенности его аномального поведения в этой области температуры является актуальной задачей, важной как для понимания особенностей физических явлений в полярных средах, так и для совершенствования практических изделий, в которых он применяется. Таким образом, вопрос о природе аномалий целого ряда физических свойств монокристаллического ниобата лития остается открытым.

Все вышесказанное определило цель данной диссертационной работы - исследование физических свойств монокристалла ниобата лития в области температур от комнатной до +200 °С и их аномалий в окрестности температуры +130 °С.

Для достижения постановленной цели решались следующие основные задачи:

Научная новизна работы определяется следующими результатами, полученными в ходе ее выполнения.

1. Впервые проведены исследования диэлектрического отклика монокристаллов ниобата лития в слабых переменных полях инфранизких частот. При измерениях на частотах менее 10 Гц и температурах выше +100 °С +130 °С обнаружено существенное возрастание температурной зависимости действительной части диэлектрической проницаемости г' в направлении полярной оси с. В направлении оси а изменения характера зависимости 8\Т) не наблюдается. В области температур +100 °С ^ +130 °С обнаружено изменение характера температурной зависимости диэлектрических потерь в направлениях осей а и с. Выше указанного температурного интервала при повышении температуры наблюдается более интенсивное возрастание диэлектрических потерь.

2. Обнаружено существенное различие частотных зависимостей действительной части комплексной диэлектрической проницаемости ЫМЮз в направлениях осей а и с. Для направления а с повышением частоты наблюдается монотонное уменьшение е' во всем исследованном температурном интервале. Для полярной оси с монотонный характер частотной зависимости наблюдается только до температур, не превосходящих +100 °С +130 °С. При более высоких температурах на зависимости е'(У) наблюдается два участка, изменение характера дисперсии е'(У) происходит в области частот 10-50 Гц.

щихся энергиями активации (0,1 эВ для низкотемпературной области и 0,4 эВ -для высокотемпературной области). Изменение температурной зависимости электропроводности происходит в температурном интервале +100 °С ^ +130 °С.

4. При детальном исследовании резонансным методом температурной зависимости скорости продольных акустических волн и их затухания в монокристаллическом ниобате лития в интервале температур от комнатной до +200 °С установлено, что в направлении оси а скорость звука квазилинейно уменьшается с ростом температуры, обнаруживая гистерезис в процессе цикла нагрева и последующего охлаждения образца. Впервые обнаружено явление термического "отжига" образца, проявляющееся в прогрессирующем уменьшении коэффициента затухания в области температур выше +130 °С после каждого цикла нагрева-охлаждения образца.

5. В результате проведенных исследований теплового расширения монокристаллического ниобата лития в направлении оси а в области температур от комнатной до +200 °С показано, что температурная зависимость абсолютного удлинения 1ЛМЮ3 содержит два линейных участка - от +25 °С до +130 °С и от +130 °С до +200 °С. Рассчитанное значение среднего коэффициента линейного расширения низкотемпературного участка составляет (10,55 ± 0,35) -10"6 К"1

6. При проведении последовательных циклов температурных измерений линейного расширения 1л№>Оз в направлении оси а, сопровождающихся нагревами и последующими охлаждениями образца в воздушной среде, впервые обнаружено последовательное уменьшение среднего коэффициента линейного расширения, рассчитанного для высокотемпературного участка темпе, и увеличение среднего коэффициента линейного расширения на высокотемпературном участке до значения (12,45 ± 0,15) -Ю-6 К'1 при отжиге образца в атмосфере паров воды в течение 3 часов при температуре +250 °С. Значение среднего коэффициента линейного расширения низкотемпературного участка в пределах погрешности измерений не изменяется.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты:

1. Для полярного направления с в монокристаллическом ниобате лития при температурах выше +130 °С наблюдается инфранизкочастотная (V < 10 Гц) дисперсия диэлектрической проницаемости в слабых электрических полях (Е < 3 кВ-м _1), обусловленная проводимостью кристалла.

2. Для электропроводности 1лМЮ3 по оси с при температурах от комнатной до +200 °С на частотах 1 Гц и 100 Гц выполняется термоактивационный закон Аррениуса. Энергия активации ниже температуры +130 °С составляет ОД эВ, выше этой температуры - 0,4 эВ.

3. В направлении оси с у монокристаллического ниобата лития наблюдается инфранизкочастотная дисперсия диэлектрической проницаемости, измеренная в электрических полях с напряженностью более 3 кВ-см глубина которой (Ае'эфф = е'эффнц- е'эффюгц) возрастает при температурах, превышающих +130 °С, что обусловлено вкладом в релаксацию поляризации поляронов малого радиуса М>£,+ , активируемых при этой температуре.

4. Обнаружено прогрессирующее уменьшение коэффициента затухания продольных звуковых волн в ЫГчГЬОз в области температур выше +130 °С в результате воздействия термических циклов нагрева-охлаждения 1л№)03, что может быть обусловлено уменьшением концентрации гидроксильных групп в кристалле при его отжиге в окислительной атмосфере при температуре выше +130 °С.

отжиге в окислительной атмосфере при температуре выше +130 °С. Отжиг кристалла при температуре +250 °С в восстановительной атмосфере, напротив, повышает концентрацию гидроксильных групп, что приводит к увеличению скорости теплового расширения кристалла при температурах выше +130 °С, и не влияет на скорость теплового расширения ниже этой температуры.

Достоверность полученных результатов подтверждается их сопоставлением с имеющимися в литературе данными о существовании аномалий ряда физических свойств монокристаллического ниобата лития в окрестности температуры +130 °С, а также апробацией на конференциях различного уровня.

Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались на трех Международных научно-технических конференциях «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» 2011 г. (ГЫТЕКМАТ1С-2011), Москва; 2012 г. (1ЫТЕ11МАТ1С-2012), Москва; 2013 г. (1МТЕ1ШАТ1С-2013), Москва; Третьей Всероссийской научно-технической конференции «Методы создания, исследования микро-, наносистем и экономические аспекты микро-, наноэлектрони-ки» 2011 г., Пенза; 7(12) Международном семинаре по физике сегнетоэластиков 2012 г. (КРР7), Воронеж.

По результатам работы имеется 10 публикаций, в том числе 3 статьи в журналах из списка ВАК РФ.

Диссертация состоит из Введения, четырех Глав, Заключения, Приложения. Библиографический список цитированной литературы содержит 115 наименований. Работа изложена на 100 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков, 1 таблицу.

В главе 1 содержится обзор результатов структурных исследований монокристаллического ниобата лития, являющегося объектом изучения в данной работе, рассмотрены современные методы выращивания монокристаллов ЫЫЬОз и основные типы специфичных для него структурных дефектов. Далее рассматриваются сегнетоэлектрические свойства ниобата лития, особенности доменной структуры, диэлектрические характеристики. Завершается первая глава описани-

ем аномалий ряда физических свойств монокристаллического 1лМЮз и современным состоянием теории их происхождения.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальных методик, примененных на различных этапах исследования. Для возможно более полного изучения проблемы в данной работе были применены диэлектрические, акустические и те-плофизические методы исследования.

В третьей и четвертой главах приводятся и обсуждаются полученные в ходе выполнения работы результаты диэлектрических, акустических и теплофизиче-ских исследований монокристаллического 1лМЮ3.

В заключении диссертации перечислены основные результаты, полученные автором в ходе выполнениия работы, на основании которых сформулированы выводы по работе.

Глава 1 Структура, методы выращивания и основные физические свойства монокристаллов 1л]ЧЬОз (литературный обзор)

1.1 Фазовая диаграмма системы игО-М^С^и кристаллическая

структура ниобата лития

Лапицкий и Сю первыми получили безводный метаниобат лития нагреванием смеси карбоната лития, пятиокиси ниобия и фтористого лития в серебряном тигле при температуре 700 °С, а также прокаливанием эквимолярной смеси карбоната лития с пятиокисью ниобия [1]. Полученные кристаллики ниобата лития имели форму мелких призм желтоватого цвета. Плотность менялась в пределах 4,283 - 4,308 г/см3 в зависимости от метода получения. По