Способ формирования регулярной структуры сегнетоэлектрических доменов Советский патент 1985 года по МПК G02B5/18 

00 С71 Ю С& Изобретение относится к технологии, создания функциональных устройств микросхемотехники, в частнос ти 1C способам формирования регулярных неоднородностей физических свойств монокристаллических сегнетс электриков, и может быть использовано в производстве устройств акустоэлектроники, одтрэлектроники и т.д. К числу конструкций, используюищх регулярные структуры сегнето электрических доменов, относятся, .например, оптические дифракционные решетки, акустоэлектронные устройстяя oijv-idoiKH ситчгалов и др «.- - Готрнпя - повышение точ Е- ОСги воспроизведения заданной конф гурации доменной структуры. 11.1 фиг, 1 представлена схема осу ществления способа; на фиг. 2 - 5 примрпы его конкретной реализации. Способ формирования регулярной структуры сегнетоэлектрических доме нов заключается в следующем. На пластину 1 (фиг. 1) полярного среза монокристалла сегнетоэлектрик с прсдпариге.пьно покрытыми ее поляр- кыми гранями капиллярным слоем 2 диэлектрической жидкости (величина удельного сопротивления 10°0м с воздействуют знакопеременными импуль сами лок чльно неоднородного по величине в плоскости полярных граней пластины электрического поля Е. Направление этого поля коллинеарно направлению полярной оси мопокрустал ла РЗ , а пространственное распределение его в&личины в плоскости поляр ных граней пластины, т.е. в осях х и у, имеет вид плоской ступени 3 с пьедесталом 4. При этом конфигура- ция гранищи 5 указанной ступени- соот ветствует заданпбй конфигурации .доменных стенок 6 - 8 и т.д. фррг-шруемой 1;труктуры сегнетоэлектрическрх домеков. Формирование регулярной структуры сегнетоэлектрических доменов в соответствии с предлаг- емым способом осуществляется следующим образом. При воздействии на пластину 1 сегнетоэл.ектрического монокристалла (с капиллярным слоем 2 слабопроводящей диэлектрической жидкости на ее полярных, гранях) импульса электричес кого поля, пространственное распределение величины которого имеет, вид, изображенньй на фиг. 1, а направление - противоположное направлению вектора спонтанной поляризации Р монокристалла, в области границы 5 локапьной неоднородности поля Е зарождается домен 9 обратной по отношению к матрице /Pg/ полярности. Конфигурация двух эквидистантных . доменных стенок 10 и 11 домена 9 в точности соответствует конфигурации границы 5 локальной неоднородности электрического поля. Этот домен под действием электрического поля начинает расти за счет бокового движения доменных -стенок 10 и 11. .Причем передвигается доменная стенка 10, которая находится в области ступени.3 поля Е, а по достижении ею края пластины 1 - домен ная стенка 11, расположенная в области пьедестала 4 поля. В процессе этого движения доменная стенка 11, Не изменяя своей конфигурации, последовательно проходит положения 6, 7, 8 и т.д. и может быть зафиксирована в любом из них, например, в положении 8 снятием воздействия электрического поля. В связи с тем, что скорость бокового двилсепия доменной стенки в сегнетоэлектриках однозначно связана с величиной приложенного электрического -поля, для фиксации заданного пространственного положениядоменной стенки достаточно выбрать лишь соответствующую величину длительности импульса поля. После фиксации доменной стенки в данной позиции она сохраняет свое местополо жение сколь угодно; долго. Формирование следующей доменной степки осуществляется при воздействии на пластину 1 монокристалла следующего импульса поля, противоположной по отпошению к предыдущему импульсу полярности. При этом в области ступенчатой Г15аницы 5 локальной неоднородности поля оно внйвь оказывается антипараллельным нАправлению Pg монокристалла, в результате чего в этой области вновь зарождается домен 9 обратной полярностц и описанный процесс -идет аналогично. При. выборе соответствующей длительности воздействующего импульса поля вторую доменную стенку удается зафиксировать в одной из позиций б, 7 и т.д., расположенной по отношению к местоположению границы .5 локапьной неоднородности ПОЛЯ ближе, чем ранее зафи сированная в позиции. 8 доменная сте ка. Таким образом образуется систем доменных стенок 6, 7, 8 и т.д. один КОБОЙ конфигурации, но находящихся друг от друга нарасстоянии, однозначно- определяемом различием дли тельности соседних знакопеременных импульсов поля или, более общее, различием энергетичесТсих (вольтсекундных) характеристик этих импульсов. Аналогичным образом получают систему N доменных стенок одинаково конфигурации При этом наличие капиллярного слоя слабопроводящей диэлектрическо жидкости 2 на полярных гранях пластины 1 создает наиболее щадящие для сегнетоэлектрического кристалла электрические граничные условия. В этих условиях изменение состояния поляризации монокристалла при прило жении электрического поля-характери зуется зарой{дзнием одиночного домена, причем именно в месте границы 5 пространственной неоднородности пол II дальнейишм ростом этого домена только боковым двгшенйем его стенок как целого, т,е. без изменения их конфигурации. Таким образом, в предлагаемом способе исключается зарождение ложных доменов, что и обеспечивает повышениеточности воспроизведения заданной конфигурации фopмиpseмoй доменной структуры. Для реализации еще более точного пр странственного размещения доменных стенок может быть введена обратная связь, например, по положению домен ной стенки, считываемому оптически или электрически, корректирующая параметры импульсов электрического поля, в частности их длительность. Примеры конкретной реализации способа иллюстрируются на фиг. 2,3 и 4,5. Впервом ,из них (фиг. 2) пластину 1полярного среза монокристалла сегнетоэлектрика покрывают со стороны полярных граней капиллярным слоем 2 слабопроводящей диэлектрической жидкости, например нематическим жидким кристаллом (ШВА), и размещают между сплошными металлическими элект родами 12, нанесенными на стеклянную подложку 13. Для реализации необходимого пространственного распределения величины воздействующего на 914 пластину монокристалла электрического поля между пластиной 1 и одним из электродов 12 помещают диэлектрическую прокладку 14, конфигурация границы 5 которой соответствует конфигурации доменных стенок формируемой доменной структуры. При появлении между электродами 12 разности потенциалов на пластину 1 воздействует электрическое поле, пространственное распределение которого в некотором сечении пластины 1 имеет вид, изображенный на -фиг. 3. В другом примере осуществления способа (фиг. 4) для реализации заданного пространственного рельефа воздействукицего на пластину 1 электрического поля (фиг. 5) один из электродов 12 гальванически связан проводящей перемычкой 15 с дополнительным электродом 16, размещенным на противоположной стороне подложки 13. При этом конфигурация границы 5 электрода 16 определяет конфигу рацию границы пространственной неоднородности поля. Характерной особенностью способа является то, что при наличии уже зафиксированных в некоторой позиции, например 8, доменных стенок, смена полярности импульса воздействующего поля не приводит к их деградации за счет обратного смещения, хотя они и находятся- в области пьедестала пространственного распределения поля. Это обусловлено тем, что наличие капиллярного слоя 2 слабопрово- дящей диэлектрической жидкости на полярных гранях пластины 1 Делает предпочтительным перемещение стенок 10 и 11 вновь зародивщегося домена 9, поскольку токовая цепь между электродами 12 для доменной cTeH- ки, расположенной ближе к границе области локальной неоднородности поля, т.е. для стенки 10 по сравнению со стенкой 8, характеризуется меньшим электрическим сопротивлением. . Этот эффект исключает смещение уже сформированных и зафиксированных доменных стенокi что также ведет к повышению точности воспроизведения формируемой доменной структуры. Кроме того, предлагаемый способ является более гибким по сравнению с известными, поскольку он обеспечивает возможность оперативной вариации параметров регулярности доменной,1

структуры путем выбора соответствуюпщх параметров воздействия без изменения топологии электродов, а также возможность оперативной коррекции конфигурации элементов формируемой . ;: « Х- . .Уб Hf.:/J -уг .-. . гтй-- . . Ч |. . gx, i.V/.l J:.y Л // // / // / /А , /7 i Г х //1 .1х г / 2 а гг ,/

доменной структуры за счет гораздо более простой смены электродов или просто в результате замены диэлектрической проклад ки. H х-.« х / Д : / J . у, ) Х1 I -заи- У г;../ ,, --. X X S 73 76 Г2 5 /3 f г JJ / //

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

VJ

Ю 7Г

2

/// Фи8.2

В

Физ.Ъ иеЛ