Способ определения проводимости сегнетоэлектриков

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Ц9) (1!) щ)5 С О1 R 27/26 г I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4363329/24=21 (22) 13 ° 01.88 (46) 23.07.90. Бюл. N - 27 (71) Уральский лесотехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Г.И. Розенма, Е.И. Бойкова и Ю.Л. Чепелев (53) 621.317 (088.8) (56) Физика твердого тела, 1986, т. 28, М 1, с. 300-302.

Там же, 1984, т. 26, N - 4, с. 1128-1133. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОВОДИМОСТИ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ (57) Изобретение может быть использовано, в частности, при определении

2 проводимости кристаллов. Цель — упрощение процесса проведения измерений. Для достижения цели сегнетоэлектрик 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.

1580289 †-: — v(v)3 (v -с) ! (7)

Мй л ((((-6) М м е V(U ), Е! (8) т

D, ехр -6 83 10

П " ехр -6,83 10 (9) j (Е) I(E) D, 20

1 . 6,83 ° 10

-v(U) +

25 а подстановка выражение редством

/he

Š— — — — — — > а 1

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

Целью изобретения является упрощение процесса проведения измерении °

Сущность способа заключается в сле-10 дующем.

При нагревании сегнетоэлектрика до температуры, при которой происходит эмиссия электронов, для плотности

j(E) тока эмиссии справедливо выраже- 15 ние где ?(Е) - плотность тока на поверхности сегнетоэлектрика;

Š— пироэлектрическое пале;

D — прозрачность потенциального барьера на поверхности сегнетоэлектрика.

Величина D может быть описана пос4-Г2 ш

%г

D = ехр - — — ° — — ((1> -Я ) V(U)

3 eEh

30 ипи при условии; что (Q — Е) изме-! ряется в эВ, а Е в В см, имеем

3/

D = exp — 6,83 10 V(U) (V-6) (3) здесь V(V) — функция Нордгейма, Koторая для полупроВОдникОв Оценива- 40 ется как V(U) ° 1 — U

Е((г E /х

U = 3, 79 .10 — — — ° б = 3, 79 10 — - — !(Ф у Э

-4 Š45 ((Π82 = 3 11-10 — — — (4)

Ф Э ((! :

Приведем расчет G (максвелловское время релаксации). Изменение поля E(t) во времени вследствие экрани рования в образце удовлетворяет за50 кону

E((exp(t/ м) (5) ,Е

Пусть эмиссионный ток уменьшился: . 55 ве раз

E = Е, ехр(-t/((!!) > (6) следовательно, для D и Рг, соответствующих полям Е, и Е, имеем

Отношение двух значений эмиссионных токов

i< О!(> Е! П! /!-м — — — = — е

4 D2GE2 ра > прологарифмированное при условии, что j I(= e H t =c где(, - кон,Л

-г У

P станта релаксации эмиссионного тока дает

Юл

eP V(U ) ((((-б / м (Е, л

Ср

> (10)

"м

V(U ) и V(U) упрощает (V-E) l "P (l1)

1= 6 83 10 — — — — -+ 1) э-ф

Ф

Е <:м откуда следует, что имея значения ($ — Е ), Е(! и определив (, р, можно рассчитывать (,, а следовательно, л и (> (проводимость кристалла). Пироэлектрическое поле в сегнетоэлектрике изменяется по закону ! . где II — пирокоэффициент;

1 4 Т вЂ” пирозаряд, являющийся источником поля Е, вызывающего эмиссию электронов; а — расстояние кристалл-детектор;

1 — талщйна кристалла; а/1 — геометрический фактор;

E, E„ — относительная и абсолютная диэлектрические проницаемости.

Изменение заряда hp(t) с учетом экранирования будет

1580289 6 регистрируется детектором 6 и анализи.руется спектрометром 7.

На фиг.2 представлена зависимость тока эмиссии от времени, из которой и

5 определяют величину времени релаксации и далее по формуле

-и

Ь = — (1- е )

К

У (13) ЕЯ а 1 (-+ ) 1

+ 1

11Т P ехр (- — — - )) 1- о 1

G—

0,25G!

1 cL(! (14) ! =. — — —, — „+ 1 - (15)

683 10 (V — 5) р

6 78. 10 3 (1 е- Þì) м сО

А л

--- — — — — -x-- + 1 е-l!T/0L м) м л

"м где А = сопя t

Таким образом, зная ЬТ оС и опрел

Э У деляя с!, из экспериментальных данных, находим максвелловское время сд, а следовательно, и проводимость кристал- 3О ла 6, На фиг.1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг,2 — зависимость тока эмиссии от времени, 35

Устройство, реализующее способ, состоит из источника 1 света, нагревателя 2, вакуумной камеры 3 с окном

4, в которую помещен сегнетоэлектрический кристалл 5, детектора 6 электронов, спектрометра 7.

Детектор 6 электронов представляет собой шевронный умножитель на осноBE ве микроканальных пластин МКП-28.

Эмиссионный ток регистрируется с помощью спектрометра 7 "Robotrontt

20050 . Изменение температуры образца осуществляется с помощью нагревателя 2.

Способ осуществляется следующим образом.

Источник 1 света облучает сегнетоэлектрический кристалл 5, вызывая появление на его гранях пироэлектрического заряда, с помощью нагревателя 2 осуществляется нагрев сегнетоэлектрического кристалла 5. При этом появляется ток эмиссии, который а 1

45 где Е

50 а

1 где К= 1/u>, При линейном нагреве = А Т/ю(. в результате подстановки изменение

Е определяется как м

Е = -- — -- — — (! е )

Я а 1

1 Р аг

К (1 — е "4 ) где К вЂ” константа, Подставляя Е в расчетную для 2 ц формулу, можно получить где AT — величина температуры перегрева сегнетоэлектрического кристалла, (— скорость изменения температуры;

Й вЂ” диэлектрическая проницаемость

Р— диэлектрическая проницаемость вакуума; а — величина зазора кристаллдетектор;

1 — толщина кристалла в полярном направлении, определяют проводимость Q

Формула и з о б р е т е н и я

Способ определения проводимости сегнетоэлектриков, включающий нагрев и стабилизацию температуры„ о т л ичающий с я тем, что, с целью упрощения процесса проведения измерений нагревают сегнетоэлектрик до температуры, при которой пирозаряд и поле достаточны для возникновения эмиссии электронов, измеряют зависимость эмиссионного тока во времени j(t), из которой определяют константу релаксации 2 и рассчитывают проводимость по соотношению диэлектрическая проницаемость, абсолютная диэлектрическая проницаемость; зазор кристалл-детектор, толщина кристалла в полярном направлении; скорость изменения температуры; перегрев кристалла; пирокоэффициент.

)580289

Редактор С. Пекарь

Заказ. 2009 Тираж 557 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

° ф ъ

Составитель В. Стукан

Техред М.Дидик Корректор С.Черни