Новые эффекты переключения тонких сегнетоэлектрических пленок тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ИНСТИТУТ КРИСТАЛЛОГРАФИИ.им. А.В. ШУБНИКОВА 9 V В ^ а РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

^ 7 ДО

На правах рукописи УДК 537.226

Дубовик Евгений Владимирович

НОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ТОНКИХ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК

(специальность 01.04.07 - физика твердого тела)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-матеметичсских наук

Москва - 1997

Работа выполнена в Институте кристаллографии им. А.В.Шубникова Российской Академии Наук.

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, профессор В.М.Фршпсин, доктор физико-математических наук К.А.Верхрвская.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук В.В.Гладкий, кандидат физико-математических наук А.МЛотонов.

Ведушая организация: Тверской Государственный Университет

(г. Тверь)

Защита состоится 2 апреля 1997 г. в 10 ® на заседании диссертационного совета Д 002.58.01. по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук в ' Институте Кристаллографии им? А.В.Шубникова РАН по адресу: 117333 Москва, Ленинский проспект 59.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Кристаллографии РАН.

Автореферат разослан 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002.58.01 в Институте •

кристаллографии РАН

кандидат физ.-мат. наук В.М.КАНЕВСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Исследование тонких сегнетоэлектрических пленок представляет как фундаментальный, так и прикладной интерес. Особое значение имеет изучение механизма переключения з тонких сегнетоэлектрических пленках, имея в вицу их использование в элементах памяти. Последние годы особый интерес представляют сегнетоэлектрические пленки типа РЬ(2г,Т1)Оз (РГТ) и РЬ(2г,Т!)Оз:Ьа (РЬСТ) и механизм их переключения. Наряду с методикой магнитного распыления в последнее время усовершенствована так называемая бо!-Ве! методика, которая позволяет получать совершенные пленки толщиной порядка I мкм. Кинетика переполяркзации этих пленок связана с механизмом зародышеобразования, формой доменов и скоростью их прорастания. Здесь выполнен ряд теоретических работ, из которых важнейшая и наиболее широко цитируемая теория Ишлбаши-Такаги.

Одним из новых интересных явлений, наблюдавшихся в пленках РЫТ и PZT> является фотогистерезисный эффект [1]. Он заключается в том, что при одновременном освещении пленки светом в области собственного поглощения во внешнем постоянном электрическом поле наблюдаются изменения формы петли диэлектрического гистерезиса: первое - уменьшение спонтанной поляризации (сжатие петли) и второе - сдвиг петли вдоль оси поля. Первый эффект наблюдается при. предварительной поляризации на свету во внешних полях ниже коэрцитивного, а второй - в полях порядка и больше коэрцитивного. Эффект обладает памятью и сохраняется в пленке длительное время. Фотогистерезисный эффект может стираться. Для этого к пленке прикладывается переменное поле выше коэрцитивного и одновременно она освещается светом в области собственного поглощения.

В 1995 году в лаборатории профессора Л.М.Блинова (ИК РАН) были впервые получены на основе органического сегаетоэлектрика винилиденфторида с трифторэтиленом (ВДФ-ТрФЭ) ( -(СН2-СРУм-(СИг-СНР)м~ ) сегнетоэлектрические ленгмюровские пленки. Полученные на основе этого сополимера сегнетоэлектрические ленгмюровские пленки толщиной порядка нескольких монослоев (от 25 ангстрем и выше) дали возможность исследовать сегнетоэлектрическое переключение для пленок столь тонких толщин, в которых ранее ни переключение, ни другие сегнетоэлектрические свойства вообще не исследовались. По-сушеству речь идет об исследовании двумерных сегнетоэлектрических кристаллов. Процессам сегнетоэлектрического переключения

сегнетоэлектрических ленгаюровских пленок посвящена третья глава настоящей диссертации.

Цель работы.

Конкретными задачами данной работы явились:

1. Изучение механизма фотогистерезисного эффекта в сегнетоэлекгрических пленках PLZT и PZT в связи с применением этих пленок фирмой Sandia (США) в качестве элементов памяти и фоторезисторных материалов.

2. Изучение процессов переключения впервые полученных в ИК РАН сегнетоэлекгрических лекшюровских пленок на основе сегнетоэлехтрического сополимера ВДФ-ТрФЭ. N..

N

Объекты исследования.

Объектами исследования были пленки сегнетоэлекгрической керамики PLZT и PZT, нанесенные на подложки Pt/Ti/SiOj/Si sol-gel методом. Сверху на керамику напылялось ' несколько рядов полупрозрачных Pt электродов 10 нм толщиной и размером 1x1 мм2. Толщина пленох составляла от 0.3 до 3 мзсм. Соотношение Zr : Ti было 30 : 70 мол.%, а в PLZT пленки дополнительно вводилось 4 мол.% La по отношению к РЬ.

Л-Б пленки ВДФ-ТрФЗ состояли из 10-40 монослоев, которые наносились на подложки методом Леншюра-Блоджетг с предварительно напыленным нижним электродом из Al. Поверх пленки напылялся Al электрод. Использовались гранулы сополимера ВДФ-ТрФЭ (70:30 мол.%).

Научная новизна работы.

" 1. Подробно исследован фотогисгерезисньш эффект в пленках PLZT и PZT, полученных методом sol-gel. Исследования проведены в широком диапазоне длин волн для разной величины предварительно приложенного постоянного поля. Изучено также оптическое стирание фотогистерзисного эффе:ста.

2. Впервые изучен механизм фотогистерезисного эффекта в пленках PLZT и PZT. Уравнение Ишибаши -Такаги использовано для описания кинетики переполяризации при наличии неравновесных носителей тока. На этой основе получена теоретическая формула, описывающая величину фотогистерезисного эффекта как функцию интенсивности падающего • света. Эксперименальные результаты находятся в удовлетворительном согласии с предложенным механизмом.

3. Впервые обнаружено переключение сегнетоэлекгрических ленгмюровскщ пленок на основе органического сегнетоэлекхриЗса ВДФ-ТрФЭ. Обнаружен'новый эффект, который заключается в том, что сегнетоэлектрическое переключение ленгмюровской пленки ВДФ-ТрФЭ сопровождается изменением проводимости на несколько порядков. Предложен механизм этого нового явления.

Практическая ценность.

Результаты изучения механизма фотогистерезисного эффекта в сёгнетоэлектрических пленках РЬСТ и- Р2!Т расширяют уже имеющиеся применения этих материалов в элементах памяти и в качестве фоторезисторных пленок. Полученные результаты показывают,, что оптимальное использование фотогистерезисного эффекта имеет место при временах переключения , сравнимых с временем максвелловской релаксации. Это уточняет значения электрических полей и интенсивностей света, при кЬторых величина эффекта максимальна.

Что' касается сегнетоэлекгрических ленгмюровских пленок, то как сами пленки, так и эффект их переключения по существу открывают новую главу в изучении природы сегнетоэлектриков и их применения.

Апробация.

Основные результаты работы были представлены на: 7-й международной конференции по организованным молекулярным пленкам (Италия, _ 1995г.), 8-й Европейской конференции по сегнетоэлектпикам (Ниймеген, Нидерланды, 1995г.), 6-й конференции по диэлектрикам (Бледе, Югославия, 1996г.), на конкурсе научных работ ИК РАН в 1995 год)'. .

Публикации.

По теме диссертации имеется 5 публикаций, их список приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав и выводов. Общий объем доссертации 119 страниц, включая 35 рисунков и библиографию из 116 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Во введении обсуждена актуальность темы диссертации, формулируются цели и задачи работы, научная новизна и практическая ценность полученных результатов. Дано краткое содержание разделов диссертации.

Первая глава посвящена экспериментальному изучению фотогистерезисного эффекта е сегнетоэлекгрических пленках PLZT и PZT, изготовленных по методике so!-ge! в национальной лаборатории Sandia (Альбукерк., США). Эта часть работы выполнена б рамках контракта, предоставленного ИК РАН (проф. В.М.Фргглкин) национальной лабораторией Sandia.

В этой главе; дан краткий обзор теории переключения сегнетозлектрических ~ пленок но Такаги и Ишибаши,

модифицировано уравнение Такаги-Ишибаши с учетом освещения к генерации фотоносителей, которые экранируют прорастающие домены. Домены растут не до тех пор, пока они займут весь объем образца, а лишь в течение времени максвелловской релаксации, когда нестовосьмидесятиградусные. границы, доменов, имеющие угол по отношению к полю,. экранируются. В дальнейшем, после того как убираются освещение и поле, эти домены не чувствуют внешнее поле, и не переключаются полями, большими коэрцитивного. Это приводит к уменьшению спонтанной поляризации, регистрируемой с помощью петли гистерезиса. Получено выражение, описывающее наблюдаемый эффект:

= (1)

где 0(ттах) - часть образца, не успевшая переключиться за 1тах, \ -скорость продвижения доменной границы, сГ - размерность роста доменов, С(1 =2, Ак/3 для <1=1,2,3 соответственно, Я - вероятность зародышеобразования.

Из формулы (1) видно, что (Цътп) ~ ехр{ - сог^ ттах В

свою очередь Тщц = Г(1) и потому 0(%ах)~ ОС I )• Из этого же выражения видно, что вид 0(1) (а значит и q(I) = 1- 0(1) ) в принципе зависит еще и от размерности роста доменов &

Чтобы записать в явном виде зависимость 0(1) (и соответственно ч(1)), нужно .подставить в выражение (1) величину ттах . в явном виде: .

(а ( у+| ]

где срЬ(1) = срь° I - фотопроводимость (непосредственные измерения показали , что темновую проводимость можно не учитывать).

Уравнения (1), (2) полуколичественно описывают фотогмстерезисный эффект. Показано, что в рамках этой модели основным параметром, влияющим на величину фотогистерезисного эффекта,является соотношение между временем переключения и временем максвелловской релаксации тмах

Р2Т и РЬ2Т пленки имеют сложную доменную структуру [2,3] (с различными временами переключения). Для объектов, имеющих такую доменную структуру, я не ' совпадает с величиной фотоиндуцированного

уменьшения спонтанной поляризации 8 — г АРб/Рб^)-,- Это объяснено разным, временем достижения противоположной стенки различными доменами, и невозможностью экранирования доменв,успевших полностью переключиться.

Описана экспериментальная методика наблюдения фотогистерезисного эффекта и измерения кинетики переключения и Параметры петель гистерезиса измерялись с помощью схемы

Сойера-Тауэра, кинетика переключения исследовалась методом измерения пироотклика, а тмзх определялось из измерений фотопроводимости.

Из рис.1 видно, что оптимальное поле для фотоиндуцированного уменьшения спонтанной поляризации составляет г НО4 В/см.

Зависимость 5 от интенсивности падающего света для трех напряжений предварительной поляризации постоянным полем на свету показана на рис.2. Толщина исследуемого образца PZT (30/70) 1= Змхм, длина волны а=386 мкм, величина напряжений U = 1, 3, 9 В.

На рис.3 показана зависимость проводимости от интенсивности для образца PZT (30/70), 1=386 мкм. Из этой зависимости можно извлечь зависимость времени максвелловской релаксашш от интенсивности:

T-=4*(cJ+aph)' (3)

-здесь са - темновая проводимость. Как видно из рис.3 и из измерений (cTd=3-10 *13 Ом"1 см"1), темновой проводимостью ста можно пренебречь. Полагая для PZT (30/70) &=103, из (3) можно найти гтзх. .Для используемого диапазона интенсивностей 1= 10 ~5 -г 10 ~3 Вт/см2 получаем Тщах s = 10 10 "4 с.

На рис.4 показана кинетика переключения Р£Т(30/70) пленки . толщиной /='3 мкм для трех напряжений переполяризации U = I, 3, 9 В.

Сравнивая ход зависимостей 3(1) для разных напряжений с соответствующими (рис.2 и 4) , а также времена максвелловской релаксации, полученные из зависимости проводимости от интенсивности света, отображенной на рис.3, можно заключить, что выход зависимостей 5(1) на насыщение, происходящий в интервале 1=0.05-5-0.5 мВт/см2 (в зависимости от напряжения переполяризации), соответствует примерному равенству ттах w т^ (по порядку величины). -

Конечно, приведенная нами модель не описывает детально переключения образца на свету и связанное с ним фотоиндуцированное уменьшение спонтанной поляризации. Однако, во-первых, она дает возможность оценить поля н интенсивности, при которых эффект максимален (xmax ~ tsw), и правильно показывает ход зависимости 8 (1,11) и q(I,U). А во-вторых данная модель может быть использована в' . качестве базовой при разработке моделей, учитывающих реальную доменную структуру сегнетоэлектрика и ее зависимость от прикладываемых полей и интенсивности. Кроме того эта модель может значительно лучше описывать кинетику

0.20

О.Сб

и . В

Рис.1, Фотоиндуцированное уменьшение спонтанной поляризации 5 (Р2Т(30/70), 1 = 3 мкм, X = 368 нм, I = 4.5 мВт/см2) для напряжений поляризации постоянным полем и = 1, 3, 9 В.

Рис.2. Фотоиндуцированное уменьшение ' спонтанной поляризации б как функция интенсивности падающего света для трех напряжений поляризации постоянным полем и = 1, 3, 9 В (РПГ(30/70), 1 = Зрк = 368 нм).

1. мВт см2

Рис.3. Зависимость проводимости Р2Т(30/70) пленки от интенсивности света (А. = 368 нм).

Рис.4. Кинетика переключения (РгТ(30/70), ! = 3 мкм) для трех напряжений переполяризации V = 1, 3, 9 В.

переключения на свету для сегнетоэлектриков со структурой доменов менее сложной чем^у PZT и PLZT пленок. . v

Вторая_глава посвящена изучению объемного

фотовольтаического эффекта (ОФЭ) в сегнетоэлектрических пленках PLZT и PZT. Изучение ОФЭ в этих пленках имеет как самостоятельный интерес, так и интерес, связанный с раскрытием механизма фотогистерезисного эффекта в них. Как известно, ОФЭ списывается фотовольтаическим (ФВ) тензором третьего ранга Рщ [4]: j¡ =% ej e¡'l (4)

Здесь по одинаковым индексам предполагается суммирование, j-ялотность фотовольтаического тока, e-поляризация падающего света, I-интенсивность. Refiji = p¡j^ отвечает за линейный ОФЭ (ЛОФЭ), а 1ш¡¡¡у которую можно привести к тензору 2-го ранга pf- отвечает за циркулярный ОФЭ.

PZT и PLZT керамика относятся к точечной группе симметрии <я т. Для этой группы тензор ЛОФЭ имеет вид [4]:

pixL = 0 0 0 0 р|50 (5)

ООО р,50 О Рз1 Рз1 РззО 0 0 . Из вида PixL видно, что для нашей геометрии эксперимента (когда ele, с ось спонтанной поляризации), возможно измерение лишь p3iL.

Изложена экспериментальная методика измерения фотовольтаических токов и напряжений в этих пленках.

На рис.5 и 6 представлены вольтамперкые характеристики. На рис.5 кривая 1 соответствует вольтамперной характеристике для пленки PZT толщиной 1мкм и заполяризованной полем +2.5-105 В/см относительно подложки (+Рг). Кривая 2 соответствует вольтамперной характеристике для поляризующего поля -2.5-105 В/см (-Рг). Длина волны >.=620^-640 нм, интенсивность I = 30 мВт/см2. На рис.6 представлены аналогичные вольтамперные характеристики для пленки PLZT толщиной 1мкм , длина волны Х=620ч-640 нм, интенсивность I = 21.5 мВт/см2. -i

Зная значения jz при U = О В, а также значения интенсивностей света и учитывая, что константы поглощения для 1=620-640 нм в пленках PZT и PLZT а = 10 см"1, можно определить соответствующие коэффициенты Гласса G31 = Рзго. Для PZT jz(0) = 0.2 нА/см2 и, соответственна, G31 ~ 0.610"9 см/В. Для PZLT j2(0) = 0.35 нА/см2 и G31 ~ 0.610"9 см/В. - Коэффициенты' Гласса такого порядка величин имеют , например, кристаллы ВаТЮз, KNbOj [4,5]. Так же из волътамперных характеристик можно определить фотоиндуцированные напряжения. Величина фото индуцированного напряжения для пленок толщиной 1мкм составила 0.3 В и 1 В соответственно для PZT и PLZT.

0.8

0.4

х

0.0

•0.4

-0.В

-1.0 -0.5

0.0 0.5

и,8

1.0

Рис.5. Вольтамперная характеристика для РГГ (30/70) плешей толщиной 1 мкм, Я=б20-б40 нм, 1= 30 мВт/ см2. 1- перед измерением образец поляризовался напряжением +25 В относительно подложки; 2 - образец поляризовался напряжением -25 В относительно подложки .

к,нА/с

И

ГЦ >—1

-1.5" -¿О -0.5 0

и, В

Рис.6.' . Вольтамперная характеристика для РЫТ (4/30/70) пленки толщиной 1 мкм, Я=620-640 нм, 1= 21.5 мВт/ см2. 1- перед измерением образец поляризовался напряжением +25 В относительно подложки; 2 - образец поляризовался напряжением -25 В относительно подложки.

0.20

0.15

0.10

«ч

< и 0.05

ч

Ч -

0.00

-0.05

-0.10

-0.15

-0.20

- Ц В

Рнс.7. Плотность фотвольтаического тока в Р2ГГ (30/70) пленке толщиной 1 мкм как функция напряжения предварительной поляризации (относительно нижнего электрода), ^=620-640 нм , 1= 30 мВт/ см2.

Об

-зо -го -и о V го зо

Ъ', В

Рис.8, Плотность .фотвольтаического тока в РгЬТ 4/30/70 пленке толщиной 1 мкм как ' функция ' напряжения предварительной поляризации (относительно нижнего электрода), Х=620-640 им , 1= 21.5 мВт/ см2.

С помощью измерений фотовольта ического тока были получены петли гистерезиса для PZT (рис.7), и для PLZT (рис.8). Образцы и условия те же , что и при измерении вольтамперных характеристик. Следует отметить, что коэрцитивные поля, полученные при этих измерениях^ хорошо согласуются с полями, полученными с помощью схемы Соера-Тауэра.

Фотонапряжения, генерируемые фотовольтаическим эффектом в этих пленках, не превышают 1 В, а поэтому объемный фотовольтаический эффект может, в принципе, давать вклад в фотогистерезисньш эффект, но этот вклад не является определяющим.

Третья глава посвящена явлениям , переключения сегнет^электрической поляризации и проводимости в сегнетоэлектрических ленгмюровских пленках сополимера ВДФ-ТрФЭ, впервые полученных в ИК РАН.

Наиболее характерные особенности сегнетоэлектрического материала проявляются при исследовании их диэлектрических свойств. На рис.9 представлена емкость конденсатора, образованного Л-Б пленкой и электродами, как функция температуры (ВДФ-ТрФЭ (70/30), 30 мономолекулярных слоев). На том же рисунке, для сравнения, приводится аналогичная зависимость для пленки ВДФ-ТрФЭ (70/30) толщиной 15 мкм. Из этой зависимости видно, что диэлектрическая -проницаемость' Л-Б пленки каре функция температуры ведет себя аналогично ходу диэлектрической проницаемости для пленок с толщинами от нескольких мкм и выше, с той лишь разницей, что максимальное значение диэлектрической проницаемости для Л-Б пленок в 1.6 раза больше,чем при комнатной температуре, а для пленок ВДФ-ТрФЭ толщиной в несколько мкм, диэлектрическая проницаемость в максимуме больше величины диэлектрической проницаемасти при комнатной температуре примерно в 8 раз, и сама температура фазового перехода сдвинута на 10-15 " С в сторону низких температур. Как для пленок толщиной в несколько микрон, так и для Л-Б пленок ВДФ-ТрФЭ наблюдается широкий температурный гистерезис ( г 40 ° С для пленок толщиной в несколько микрон и г 20 0 С для Л-Б пленки ВДФ-ТрФЭ , содержащей 30 монослоев). Это указывает на то, что в ВДФ-ТрФЭ наблюдается сегнетоэлектрический переход I рода (как для пленок порядка 1 мкм и более, так и для Л-Б пленок).

Величина диэлектрической - проницаемости прН комнатной температуре для Л-Б пленки из 30-ти монослоев составляет е s 5, в то время как для толстых пленок в = 12.

В пленках столь-малой толщины (= 150 ангстрем) не удалось увидеть переключение методом Сойера-Тауэра, из-за больших токов перезарядки конденсатора^ образованного образцом, и больших и нелинейных токов проводимости. Емкость и проводимость образца -

1/1. Поэтому переключение наблюдалось по. величине пироотклика в зависимости от поляризации.

На рис.10 представлена зависимость пиротока от напряжения предварительной поляризации. Это фактически петля

диэлектрического гистерезиса, полученная методом пироотклика: На этом же рисунке приведена зависимость проводимости образца от напряжения предварительной для тех же самых значений напряжения поляризации. Фактически, этот рисунок показывает зависимость проводимости образца от степени его заполяризованносгит которую можно определить из величины амплитуды импульса пиротока. Как видно из приведенного рис.10, проводимость образца изменяется более чем на три порядка при полном переключении, и изменяется от 10"6 Ом"1 до 10"9 Ом"1 . Во избежание недоразумений замечу, что упомянутая нами большая вееличина проводимости • образцов (мешающая наблюдению петель гистерезиса), которая составила отЮ"4 Ом"1 до 10"6 Ом-1, не противоречит приведенным данным. Кажущееся расхождение на два порядка объясняется сильной нелинейностью вольтамперной характеристики для Л-Б пленок ВДФ-ТрФЭ.

Такому поведению проводимости Л-Б пленки ВДФ-ТрФЭ дано объяснение. В соответствии с предлагаемой моделью поляризация ближайшего к подложке (пинингового) слоя не изменяется при приложении внешнего поля, большего коэрцитивного, в противоположном направлении. При этом поляризация остальных слоев переключается. Ток через Л-Б пленку носит туннельный характер, и его величина может быть определена "по формуле Фаулера-Нордгема:

1 „ [ Г8*(2шТ2 „Л Г

где ] - ток, V - напряжение, - толщина слоя,и - высота потенциального барьера, ш* - эффективная марса электрона.

Состояние образца, когда поляризация пинингового слоя и остальных монослоев совпадают по направлению, отличается от состяния, когда их поляризации направлены в противоположные стороны г тем, что в последнем случае образуется дополнительный

2р.

потенциальный барьер ф, £7-^5-. Учитывая, что дилольный момент

одного мономера р = 2Б 52-10 "18 СйЗЕ [6] к толщина одного монослоя сЗ ■ £ 5 ангстрем, получим <¡>1 = 2В к, соответственно,-величина потенциального барьера 01 г 2 эВ. Для тога, чтобы в этих состояниях проводимость сильно различалась, необходимо выполнение условия:

(глуп

ио «Г7) и„ (7)

С,п® . С,нФ

т, °с ^

Рис.9. Зависимость емкости С от температуры.

О - пленка ВДФ/ТрФЭ (70/30) толщиной 15 мкм , Б = 0.1 см2, левая шкала.

• - Л Б пленка ВДФ/ТрФЭ (70/30) , 30 монослоев , Б я 0.16 см2-, правая шкала.

и,В

Рис.10. Гистерезис пиротока ( П ) и проводимости (•) для Л Б пленки, содержащей 30 монослоев ВДФ/ТрФЭ (70/30).

где - высота потенциального барьера, образуемого Л-Б пленкой. Прэтем, достаточно, чтобы левая часть (7) была в несколько раз меньше правой, чтобы проводимость различалась на несколько порядков (вследствие того, что 3 ~ ехр{и3/2}).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Полученные в работе результаты позволяют сделать следующие основные выводы.

1. Изучен фотогистерезисный эффект в тонких (~1мкм) сегаетоэлектрических пленках РСТ (30/70) и РЬ2ГТ (4/30/70).

Фотогистерезисный эффект состоит во влиянии приложенного внешнего поля и одновременного освещения на форму петель диэлектрического гистерезиса. При этом наблюдается два эффекта: уменьшение спонтанной поляризации, и сдвиг петли гистерезиса вдоль оси поля.

Фотогистерезисный эффект исследован в широком диапазоне внешних электрических полей предварительной поляризации (ниже и выше коэрцитивного), а также для различных ингенсивностей света.

2. Показано, что ' уменьшение спонтанной поляризации в пленках РСТ и РЬ2Т наблюдается для полей предварительной поляризации ниже коэрцитивного. Кинетика этого эффекта зависит от величины электрического поля. Сдвиг петли гистерезиса вдоль оси поля наблюдается для полей предварительной поляризации порядка и .больше коэрцитивного..-. ... ...

Оба эффекта наблюдаются в области собственного поглощения Р2Т и РЦП" и, таким образом, связаны с генерацией фотоносителей.

3. Предложен механизм фотогистерезисного эффекта в тонких пленках Р2Т и Pl.1T. Он основан на экранировании нестовосьмиаесятиградусных доменных стенок неравновесными фотоиндуцированными носителями и закреплении этих стенок вследствие экранирования, что влияет на кинетику процессов переполяризации. На основе теории переполяризации Такаги-Ишибаши получено уравнение, описывающее зависимость величины фотогистерезисного эффекта от интенсивности света. Показано, что фотогистерезисный эффект в этих пленках зависит от двух характерных времен: максвелловского времени релаксации хм^ и времени переключения Максимальный эффект имеет место при 'пах ~ 1™- При низких ингенсивностях света, когда тмгх » г^, эффект не наблюдается, так как экранирование не эффективно.

Сделанные расчеты являются сугубо предварительными, таю как не учитывают реальной доменной структуры и связанным с ним распределением времен переключения.

. 4. Исследованы времена переключения в пленках Р2ГГ и РЬ2Т методом пироотклика и измерены максвелловские времена

релаксации в них путем измерения фотопроводимости. Эти результаты подтверждают вывод о том, что фотогистерезисный эффект . максимален при тмах ~ т^.

5. Изучен объемный фотовольтакческий эффект в пленках PZT и PLZT. Направление фотовольтаического тока определяется направлением спонтанной поляризации образца и меняет знак при ^ его переполяризации. Определены коэффициэнга Гласса G31 = 0.6 10

см/В для PZT и G31 з 1.5 10 "9 см/В для PLZT. Полученные при этом фотонапряжения много меньше, чем эффекты сдвига петли гистерезиса вдоль оси поля. Таким образом, хотя ОФЭ может давать вклад в фотогистерезисные явления, но он не является определяющим.

6.Исследовано сегнетоэлектрическое переключение в сегнетоэлеетрических пленках~ ВДФ-ТрФЭ, полученных методом ленгмюровской технологии. Показано, что переключение имеет место в пленках, состоящих из 20 монослоев (и более). Полученнные в лаборатории профессора Л.М.Блинова (ИК РАН) и исследованные при нашем участии ленгмюровские сететоэлектрические пленки ВДФ-ТрФЭ впервые, дали возможность изучать процессы сегнетоэлектричес ко го переключения для толщин порядка 50 ангстрем.

7. При изучении процессов переполяризации ленгмюровских пленок ВДФ-ТрФЭ обнаружено и изучено новое явление: сегнетоэлектрическое переключение сопровождается переключением проводимости пленки, причем величина проводимости меняется на несколько порядков. В работе дается объяснение этому явлению.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. D.Dimos, E.Dubovik, R.Djalalov, V.Fridkin, T.Batirov.

The pfotoinduced hysteresis phenomena in ferroelectric PZT films. // Ferroelectric Letters, 1996, v.21 pp. 167-174

2. E.Dubovik, V.Fridkin, D.Dimos

The bulk photovoltaic effect in ferroelectric Pb(Zr, Т1)Оз thin films. // Integrated Ferroelectrics, 1995, v.9,pp.285-290

3. S. Palto, L. Blinov, A. Bune, E.Dubovik, V.Fridkin, N. Petukhova, KLVerkhovskaea, S.Yudin.

Ferroelectric Langmuir-Blodgett films.// Ferroelectrics. 1996,v. 184, pp.127129

, 4. S. Palto, L. Blinov, A. Bune, E.Dubovik, V.Fridkin, N, Petukhova, . K.Verkhovskaea, S.Yudm. " • - .

Ferroelectric Langmuir-Blodgett films.// Ferroelectric Letters,1995,v.19, pp.65-68.

5, S. Palto, L. Blinov, E.Dubovik, V.Fridkin, N.. Petukhova, A-Sorokin K.Verkhovskaea, S.Yudin and A.Zlatkin.

Ferroelectric Langmuir-BIodgett films showing bistable switching. // Europhys. Lett., 1996, 34(6), 465.

1. D.Dimos, W.L.Wanen, M.B.Sinciar, B.A.Tuttle, R.W. Schwartz. Photoinduced hjsieresis changes and optical storage in (Pb, La)(Zr, Ti)03 thin films and ceramics. // Appl.Phys. 76(1994), no 7, pp 4305-4315.

2. В.Я. Шур, СД, и др. ' " ■ ' Кинетика переключения поляризации в эпитаксиальных тонких

-пленках шрконата-титаната свинца //ФТТт.38, №6, 1996. с. 1889-

3. Hufffman М., Zhu J., AJ-Jassim М.М.

Morphology and domain structure of ferroelectric lead titanate' and lead zirconate titanate thin films, an overview. Ц Ferroefectrics, 1993, v.140, pp. 191-201.

4. Б.И. Стурман, B.M. Фр|щкин. Фотогальванический эффект в средах без центра симметрии и родственные явления -:"Наука"-1992, с.208

5. Koch Т.Н. et al.

Bulk photovoltaic effect in BaTiO.v // Ferroelectrics, 1976, v.13, pp.305306.

6. Верховская K.A.

Допированные сегнетоэлектрические полимеры. диссертация на. соискание уч. степ, доктора физ.-мат. наук - Москва-1996.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1895.