Способ определения проводимости сегнетоэлектриков Советский патент 1990 года по МПК G01R27/26 

Фаг.1

Изобретение относится к материаловедению, кристаллофизике и физике полупроводников и диэлектриков и может быть использовано при определении проводимости кристаллов.

Целью изобретения является упрощение процесса проведения измерений.

Сущность способа заключается в сле дующем.

При нагревании сегнетоэлектрика до температуры, при которой происходит эмиссия электронов, для плотности j(E) тока эмиссии справедливо выраже- ние

следовательно, для D, и D2, соответствующих полям Е( и Е2, имеем

ехр

ехр

(-6,83.,О7 , L Ei m

{-

(7)

83.,о W.).

двух значений эмиссион

Мм

(9)

Изобретение может быть использовано, в частности, при определении проводимости кристаллов. Цель - упрощение процесса проведения измерений. Для достижения цели сегнето-электрик нагревают до температуры, при которой пирозаряд и поле достаточны для возникновения эмиссии электронов, измеряют зависимость эмиссионного тока во времени, из которой определяют константу релаксации, и рассчитывают проводимость по формуле, приведенной в описании изобретения. Устройство, реализующее способ, содержит источник 1 света, нагреватель 2, вакуумную камеру 3 с окном 4, детектор 6 электронов и спектрометр 7. 2 ил.

j(E) - I(E)-D ,

(О

прологарифмированное при условии, что j4/ja е и t р , где-Ьр - константа релаксации эмиссионного то- где 1(Е) - плотность тока на поверх- 20 ка Дает

№,

Е D

ности сегнетоэлектрика;

-пироэлектрическое поле;

-прозрачность потенциального барьера на поверхности сегнетоэлектрика. 25

Величина D может быть описана посредством

4jf m«

Т ekh

1 6,83-107 itf-lllfe V ) - N

I

-V(U)

}4

j ьм

(10)

D exp

.w

((-Ј) v(u)l

(2) J

а подстановка V(U ) и V(U) упрощает выражение

Jfr

1

30

Гб,83-10

(v-ex I

1 ГР

+ i Ј J ь/и

(11)

или при условии, что ( Ј) измеряется в эВ, а Е в В , имеем

„.,„ (w,

D ехр

-.,

Е

(3)

здесь V(U) - функция Нордгейма, которая для полупроводников оценива- j« ется как V(U)- 1 - U г :

Е

U - 3,79-10- - р 3,79- 10 --Д-

Т 4 „К245

хО,82 - 3,11-10 ---- (А)

Приведем расчет Јм (максвелловс- кое время релаксации). Изменение поля E(t) во времени вследствие экрани1- рования в образце удовлетворяет закону

50

Е - E0exp(-t/ЈM)

(5)

Пусть эмиссионный ток уменьшился. в е раз

Е

Е, exp(-t/tM), (6)

№,

1 6,83-107 itf-lllfe V ) - N

I

-V(U)

}4

j ьм

(10)

а подстановка V(U ) и V(U) упрощает выражение

Jfr

1

0

Гб,83-10

(v-ex I

1 ГР

+ i Ј J ь/и

(11)

откуда следует, что имея значения (), Еи и определив t., можно рассчитывать с, а следовательно, и ( (проводимость кристалла). Пироэлектрическое поле в сегнетоэлектри- ке изменяется по закону

UT . 1

ее, 1 + Г ; 1 б

(12)

У - пирокоэффициент; УД Т - пирозаряд, являющийся

источником поля Е, вызы

вающего эмиссию электронов;

а - расстояние кристалл-детектор;1 - толщина кристалла; а/1 - геометрический фактор; Е, 60 относительная и абсолютная диэлектрические проницаемости.

Изменение заряда Ap(t) с учетом экранирования будет

др

К 1/ Ј

У А К

мО-е-,,

При линейном нагреве t ДТ/ci результате подстановки изменение определяется как

4Т

1

«м ч - е )

где К - константа.

Подставляя Е в расчетную для Ј формулу, можно получить

6, (V.Z6)1 . 6,78 ТО f )

рЛ

л

1М

)+ ) «г

где А const

Таким образом, зная ДТ,оЈ и определяя из экспериментальных данных, находим максвелловское время Јw, а следовательно, и проводимость кристалла б

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - зависимость тока эмиссии от времени.

Устройство, реализующее способ состоит из источника 1 света, нагревателя 2, вакуумной камеры 3 с окном 4, в которую помещен сегнетоэлектри- ческий кристалл 5, детектора 6 электронов, спектрометра 7.

Детектор 6 электронов представляет собой шевронный умножитель на основе микроканальных пластин МКП-28. Эмиссионный ток регистрируется с помощью спектрометра 7 Robotron- 20050. Изменение температуры образца осуществляется с помощью нагревателя 2.

Способ осуществляется следующим образом.

Источник 1 света облучает сегне- тоэлектрический кристалл 5, вызывая появление на его гранях пироэлект-- рического заряда, с помощью нагревателя 2 осуществляется нагрев сегнето- электрического кристалла 5. При этом появляется ток эмиссии, который

(13)

i ие

15802896

регистрируется детектором 6 и анализируется спектрометром 7.

На фиг.2 представлена зависимость тока эмиссии от времени, из которой 1 определяют величину времени релакса

ции

Ч

10

б

)

и далее по формуле

0,256 (f + g)

74 -

15

(15)

Л

25

ех, алт

тexpl

где ДТ - величина температуры перегрева сегнетоэлектрического кристалла;

ut, - скорость изменения температуры;

С диэлектрическая проницаемость;

Ј0- диэлектрическая проницаемость вакуума;

а - величина зазора кристалл- детектор;

1 - толщина кристалла в полярном направлении, определяют проводимость О. Формула изобретения

Способ определения проводимости сегнетоэлектриков, включающий нагрев и стабилизацию температуры, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса проведения измерений нагревают сегнетоэлектрик до тем- 35 пературы, при которой пирозаряд и поле достаточны для возникновения эмиссии электронов, измеряют зависимость эмиссионного тока во времени j(t), из которой определяют константу релаксации to и рассчитывают проводимость С по соотношению

30

40

б

5

.

,&

где

0

0,25ё q + g)

f74i-elp( 1

6 - диэлектрическая проницаемость;

f0 абсолютная диэлектрическая проницаемость; а - зазор кристалл-детектор; 1 - толщина кристалла в полярном направлении; ut, - скорость изменения температуры;

&Т - перегрев кристалла; )р - пирокоэффициент.

iS S

WO t,C