Диэлектрические свойства титаната бария
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
лектриков. В частности, получение однодоменных кристаллов обусловлено конкуренцией между скоростью роста сегнетоэлектрической фазы и изменением концентрации свободных носителей заряда при переходе кристалла из пара - в сегнетоэлектрическую область. Если при этом поверхностный заряд граничных диполей может быть скомпенсирован свободными зарядами, то создаются необходимые условия для образования однодоменного кристалла.
У титаната бария при кратковременном приложении электрического поля наблюдаются пропеллерообразные петли, что связывают с натеканием свободных носителей заряда к границам доменов и с соответствующей компенсацией поля деполяризации. Экспериментально показано наличие на доменных границах свободных носителей заряда, освобождаемых при нагреве сегнетоэлектрика выше точки Кюри.
Динамика движения доменов при наложении внешнего электрического поля также связана с концентрацией носителей заряди, т.е. с электропроводностью сегнетоэлектрика.
Таким образом, электропроводность сегнетоэлектриков представляет интерес не только сама по себе, но и как фактор, участвующий в формировании и движении доменов.
Температурные зависимости
(3.2)
обычно представляют собой экспоненты, которые характерны для той или иной области. Иногда наблюдаются изломы линейных зависимостей
, (3.3)
что связано с изменением энергии активации. С течением времени возможно старение сегнетоэлектрика и его проводимость возрастает.
Изменение проводимости сегнетоэлектриков охватывает много порядков величин. Например, для керамического титаната бария удельная электропроводность может изменяться от 10-15 до 10-1 Ом-1*см-1 при изменении температуры образца от комнатной до 150 К. Но проводимость зависит от технологии получения образца и методики измерения.
Различные сегнетоэлектрики имеют разную удельную электропроводность - от низкоомных полупроводников до хороших диэлектриков.
В титанате бария электропроводность имеет электронный характер в весьма широком интервале температур. Энергия активации проводимости в параэлектрической области составляет около 2 эВ, а оптическая ширина запрещенной зоны 3 эВ. До 130 К электронная электропроводность ВаТiOз обычно является примесной как для кристаллов, так и для керамики. Глубина залегания доноров оказывается порядка 2 эВ, Ниже 450 К тип электропроводности электронный, а в интервале 450-110 K знак носителей заряда, определенный методом э. д. с. соответствует дыркам. Предполагают, что роль доноров и акцепторов могут выполнять одни и те же дефекты, примесные уровни которых могут иметь "амфотерный" характер. Но возможен и такой случаи, что доноры и акцепторы в ВаТiO3 имеют различную природу.
Собственная электронная электропроводность
(3.4)
Для титаната бария
=0,l с. м2/ (В*с) =1,1cм2/ (В*с), тaк что
() (3.5)
(3.6)
Эффективная масса электронов для ВтiO3 порядка m = 5m и n10-5 см-3, а si=10-22 Ом-1 см-1 при 320 К.
Для сравнения в сегнетоэлектриках типа SrTiO3, СаТiO3, РbТiO3 электропроводность вплоть до 1250-80 К электронная (при низких температурах n-типа, при высоких температурах р-типа); ширина запрещении зоны составляет, как и для титаната бария, 3 эВ. Многие другие сегнетоэлектрики также имеют электронную электропроводность. Считают, что кислородно-октаэдрические сегнетоэлектрики имеют электронную электропроводность. Наоборот, водородные сегнетоэлектрики имеют ионную составляющую проводимости, причем примесная электропроводимость обеспечивается ионами примеси, а собственная - протонами. Ионная составляющая электропроводности обнаружена также в некоторых твердых растворах кислородно-октаэдрических сегнетоэлектриков. Метод Тубандта позволяет определять числа переноса ионов.
В районе точки Кюри наблюдается аномалия электропроводности кислородно-октаэдрических сегнетоэлектриков. При переходе из сегнетоэлектрической в параэлектрическую фазу электропроводность скачком уменьшается, а энергия активации увеличивается (Рис.3.1).
Рис.3.1 Зависимость электропроводности от температуры в химически чистом монокристалле ВаТiОз с точкой Кюри Т = 400 К. Измерения проведены при и E= 5 кВ/см
Но в некоторых сегнетоэлектриках наблюдается лишь излом кривой в точке Кюри, т.е. увеличение энергии активации без скачка электропроводности.
4. Применение сегнетоэлектрических материалов в технике
Сегнетоэлектрические материалы широко изучались в перспективе разнообразных применений. В настоящее время известно значительное количество новых сегнетоэлектриков и антисегнетоэлектриков, кристаллизующихся в структуре типа перовскита, ильменита, трехокиси рения и пирохлора.
Поскольку многие сегнетоэлектрические соединения обладают сходными структурами, можно образовать твердые растворы из двух или более таких веществ. Подобные растворы часто отличаются по своим свойствам от их ингредиентов; в частности, точка Кюри, оказывается размытой, так что сегнетоэлектрический переход происходит постепенно в широком диапазоне температур и диэлектрическая проницаемость в этом диапазоне обнаруживает сложное поведение релаксационного характера. Такие переходы обычно называют диффузными, и соответствующие микроскопические процессы весьма интенсивно исследуются. Другие структуры, например композиционные материалы на основе сегнетоэлектриков и полимеров или ?/p>