Введение к работе
Открытие фотопроводящих сегнетоэлектриков в 1982 году дало начало развитию нового направления в Физике сегнетоэлек-тричества - исследованию влияния неравновесных электронов и всей электронной подсистемы на сегнетоэлектрнческие свойства кристаллов. Первоначально природа фотосегнетоэлектрических явлений исследовалась на кристаллах сульфонодида сурьмы и титаната бария, так как низкая температура Кюри позволяет изучать особенности фазового перехода в условиях стабильной перезарядки энергетических уровней.
За три десятилетия была обнаружена и изучена большая группа фотосегнетоэлектрических явлений в фотопроводящих сегнетоэлектриках типа AVBVICVI1, в гаирокозотшх полупровод-никах-сегнетоэлектриках типа AjfBY1 и уэкозоннык полупроводниках типа A*VBVI.
Широко известны основные фотосегнетоэлектрические явления: фотостимулированный сдвиг температуры Кюри (влияние неравновесных электронов на температуру Кюри), фотогистере-зисный эффект (влияние неравновесных носителей на температурный гистерезис - его уменьшение), фотодоменный (изменение доменной структуры под влиянием неравновесных электронов), фотодеформационный (влияние неравновесных электронов на
деформацию сегнетоэлектрика, в частности, на спонтанную деформацию при фазовом переходе), спонтанный фотоэлектретный эффект (экранирование спонтанной поляризованности неравновесными носителями) и аномальный фотовольтаический эффект (фотонапряжения, значительно превышающие ширину запрещенной зоны) /1/. Их группа продолжает пополняться новыми: резкое ускорение медленных релаксационных процессов в кристаллах сульфо-
* иодида сурьмы под действием фогоактивиого света, торможения роста трещин в кристалле титаната бария при освещении ультрафиолетовым светом и другие.
В настоящее время научный интерес представляет дальнейшее исследование физики фотосегнетоэлектрических.явлений как взаимосвязи сегнетоэлектрических и полупроводниковых свойств. В связи с этим актуальна задача выявления особенностей фотосегнетоэлектрических эффектов в тонких пленках Фотопроводни-
- 4 -ковых сегнетоэлектрических материалов, где доля приповерхностных слоев сравнима с долей сегнетоэлектрического объема. Перспективность пленочных структур с точки зрения их применения в твердотельной микроэлектронике придает этой задаче важное прикладное значение. Решаются вопросы временной стабильности свойств пленок, устойчивости к воздействию температуры и света. На сегодняшний день такие работы единичны.
Кроме того, до сих пор остается неизученным вопрос о влиянии фотоэффекта на механизм переполяризации. Эти исследования важны для создания эапонинающих устройств с неразруша-ющим считыванием на основе пленок сегнетоэлектрика-полупро-водника. Также большое прикладное значение имеют задачи оптимизации пьезоэлектрических и сегнетоэлектрических свойств тонких пленок, установление их зависимости от структуры и технологических условия осаждения. Ца*ь_Еаба1ы.
-
Усовершенствование технологии получения поликристаллических пленок SnzPzSe для оптимизации их сегнетоэлектрических и пьезоэлектрических характеристик.
-
Исследование влияния фотоактивного света на сегиетоэлек-трические свойства пленок сегнетоэлектрика-фотопроводника БпгРгЭв, выявление механизиа этого влияния.
-
Исследование особенностей процессов переключения полпри-эованности в пленках БпгРгБа.
ОК-ьект исследования. Объектом исследования являлись тонкие поликристаллические пленки сегнетоэлектрика-фотопроводни-ка БпгРгБэ на алюминиевых и кремниевых подложках. Этот материал в пленочном исполнении является перспективным для технических применений благодаря ярко выраженным сегнетоэлектри-ческим' и пьезоэлектрическим свойствам. Кроме того, он исключительно удобен как объект для исследования влияния электронной подсистемы на сегнетоэлектрические и диэлектрические характеристики пленочных структур, так как обладает фотопроводимостью в видимой области спектра. Это позволяет изменять концентрацию неравновесных электронов в широких пределах путем освещения. Так же исследуемые нами пленки ЗпгРгБв имеют достаточно низкую точку Кюри, что упрощает методику экспериментов по изучению особенностей фазового перехода в них в условиях стабильной оптической перезарядки уровней.
Научные прдодш1ши_выцасиице_на-дадитх.
-
Путем изменения структуры и рельефа поверхности подложки, возможно получать методом вакуумного термического испарения в квазизамкнутом объеме поликристаллические пленки сегнетоэлек-трика-фотопроводника SnePzSe стехиометрического состава и высокой степени структурного совершенства с различными типами текстуры, которые влияют па пьезоэлектрические свойства объекта.
-
Исследованные Фотосегнетоэлектрнческие явления в пленках Sn2P2Se, а именно: смещение петли диэлектрического гистерезиса, уменьшение диэлектрической проницаемости со временем, сдвиг температуры Кюри, изменение величины пнротока носят релаксационный характер; ведущим механизмом релаксации является смена внешнего (свободными зарядами на электродах) экранирования сегнетоэлектрической полярнзованности внутренним (носителями в объеме пленки) экранированием.
-
Обнаруженный эффект самопроизвольного обратного переключения после воздействия импульсным деполяризующим полем на предварительно поляризованную пленку SnzPaSa обусловлен действием внутреннего экранирующего поля заряда "спонтанного" фотоэлектрета, которое создается при освещении образца.
Ваіяиая_іюяизна_рдЄоін.
-
Впервые рассмотрены и исследованы фотосегнетоэлектрические явления в тонких поликристаллических пленках сегнетоэлек-трика-фотопроводиика; выявлен общий с кристаллами этого типа соединений (сегнетоэлектрические халькогеннлы) релаксационный характер фотосегнетоэлектрических процессов в пленочных структурах SnzP2Se.
-
Впервые в работе исследованн пироэлектрические свойства сегнетоэлекгрических пленок SnaPzSa.
-
Установлен^ соответствие между структурой її рельефом поверхности подложки и типом текстуры получаемой пленки при прочих одинаковых технологических условиях роста. Определена связь преимущественной ориентации кристаллитов пленки и ее пьезоэлектрических параметров.
-
Впервые обнаружен и исследован эффект самопроизвольного обратного переключения в тонких поликристаллических пленках сегнетоэлектрика-полупроводника Sn2P2Se.
і. Были получены тонкие пленки БпгРгБе с различными типами преимущественной ориентации кристаллитов, что позволило улучшить характеристики пьеэоэлементов для датчиков объемного акустического возбуждения.
-
Установлено, что освещение пленок Sm^zSe, вызывающее ускорение релаксационных процессов, является средством повышения устойчивости к внешним воздействиям и временной стабильности пьезоэлектрических характеристик пьеэоэлементов. Разработан метод эффективной поляризации пленочных образцов с применением фотоактивного освещения.
-
Использование эффекта самопроизвольного обратного переключения в сегнагоэлектричвских пленках SnzPaSa открывает возможности для создания на их основе запоминающего устройства с нераэруиающим считыванием.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на международной конференции "Electronic ceramics - productions and properties" (г.Рига, 1990 год), на XI Всесоюзной акустической конференции (г.Москва, 1991 г.), на VII Европейской конференции по сегяетоэлектричеству (г.Дижон, Франция, 1891 г.), на Международной конференции "Transparent ferroelectric ceramics: productions, properties 5 applications" (г.Рига, 1981 г.), на международной конференции, посвященной 25-ой годовщине Диэлектрического общества (г.Лондон, Великобритания, 1892 г.) и на семинарах отдела физики полупроводников ПИЙ Физики РГУ.
Публикации и вклад автора. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в центральной и международной печати, 2 доклада в сборниках материалов конференций, 4 тезиса докладов.
Все основные результаты диссертации получены лично автором. Автор участвовала в планировании экспериментов, в изготовлении объектов исследования; провела основную экспериментальную работу; внесла вклад в интерпретацию результатов и выбор физической модели исследованных фотосегнетоэлектри-ческих процессов.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 144 наименований. Содержание диссертации изложено на 148 страницах, включающих 38 рисунков и I таблицу.
