Диэлектрические свойства титаната бария
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?елинейность проявляется на низких частотах и вблизи температуры перехода. Сегнетоэлектрики могут заменять дорогостоящие варакторные диоды, потери же в них часто оказываются меньше, чем в варакторных диодах. Джонсон указал, что титанаты бария - стронция можно использовать для генерации гармоник с третьей гармоникой в миллиметровом диапазоне.
Развиваются применение сегнетоэлектриков в качестве запоминающих элементов и ячеек памяти в вычислительных устройствах.
Тонкие пленки из цирконата-титаната свинца и лантана (PLZT) активно изучаются с целью создания энергозависимых микроэлектронных ЗУ с применением кремниевой технологии. (Бистабильная поляризация - идеальная основа для двоичных ячеек памяти.)
В 1952 г. Андерсон высказал предположение, что сегнетоэлектрики с хорошей "прямоугольной" петлей гистерезиса (близкие к идеальным) можно использовать в качестве элементов запоминающих устройств вычислительных машин, причем, как и в запоминающих устройствах на ферритах, возможна матричная селекция. При использовании матричной селекции существенная часть процесса выбора происходит в самих ячейках, причем при таком способе выбора на 10000 ячеек необходимо лишь 200 селекторов. (Рис.4.1)
Рис 4.1 Кристалл титаната бария с нанесенной матрицей электродов (около трех электродов на 1 мм)
Запоминающие устройства на сегнетоэлектриках сравнимы с запоминающими устройствами на ферритах; однако последние имеют преимущество, обусловленное тем, что техника на основе ферритов развивалась уже долго. Необходимо отметить, что время переключения сегнетоэлектриков, с точки зрения требований современной техники, велико, если пользоваться матричной селекцией. Время переключения определяется амплитудой импульса, а амплитуда импульса в свою очередь - коэрцитивным полем материала.
В сдвигающих регистрах и счетчиках вычислительных машин матричная селекция не употребляется, поэтому здесь можно использовать импульсы с большей амплитудой напряжения. Это обстоятельство уменьшает предел времени срабатывания. При малой емкости выходного конденсатора напряжение с выхода одной ячейки может быть непосредственно приложено к другой ячейке. Подобные регистры были построены с применением монокристаллов титаната бария и управляющих транзисторных цепей. Были также созданы регистры и накопители на керамиках. Одно из устройств, допускающих неразрушающее считывание информации с ячейки памяти, описано Кауфманом. Принцип его работы заключается в следующем: при переполяризации ячейки в результате изменения знака спонтанной поляризации фаза выходного сигнала изменяется так, что последний находится или в фазе, или в противофазе с опорным переменным пьезоэлектрическим сигналом, вырабатываемым при ультразвуковой вибрации ячейки.
Интенсивные исследования ведутся в области исследования свойств наноразмерных частиц сегнетоэлектриков.
Новый многообещающий нанокомпозит с высокой диэлектрической проницаемостью удалось изготовить в Технологическом институте Джорджии. Материал позволяет удвоить емкость конденсаторов и значительно улучшить параметры органических транзисторов и пластиковых электронных устройств.
В своих исследованиях ученые использовали известный всем факт, емкость конденсатора и ток через открытый полевой транзистор прямо пропорциональны диэлектрической проницаемости используемых в них диэлектриков. Если у обычного для транзисторов компьютерных чипов диэлектрика - диоксида кремния =3,9, то у титаната бария, диэлектрическая проницаемость больше почти в шесть с половиной раз. Это позволяет при прочих равных условиях изменить геометрию транзистора и значительно снизить токи утечки и рассеяние тепла. Однако вырастить изолирующие пленки из этих капризных материалов технологически очень не просто, и, кроме того, например, у титаната бария слишком мало напряжение электрического пробоя, тогда как у многих полимеров оно в несколько тысяч раз больше.
Чтобы решить эти проблемы, исследователи изготовили композит из поликарбоната - дешевого полимера, который давно используют для изготовления оптических дисков и конденсаторов, внедрив в него наночастицы титаната бария. В таком композите при равномерном распределении наночастиц диэлектрическая проницаемость может достигать 20, а напряжение пробоя снижается лишь незначительно. Однако основная проблема в том, что при простом смешивании с пластиком наночастицы стремятся слипнуться в кластеры микронных размеров, что нарушает однородность изолирующей пленки и способствует пробою. Тем не менее ученым всё же удалось подобрать поверхностно-активные добавки, которые мешают слипанию наночастиц и ограничивают рост их кластеров до нескольких десятков нанометров.
По словам авторов, их технология уже готова для коммерциализации. Однако, как говорят авторы изобретения, полезно еще поработать над другими комбинациями органической матрицы и неорганического диэлектрика, оптимальными для различных приложений. Кроме того, неясно, как такие композиты поведут себя на высоких частотах - пока они тестировались на частотах не более мегагерца.
Физики из Небрасского (США) и Сямэньского (Китай) университетов получили "одномерный" сегнетоэлектрический лёд. Молекулы воды, как известно, полярны, и определённое их расположение при образовании льда вполне может давать сегнетоэлектрический эффект. Предполагается, что такой лёд существует на Уране, Нептуне или Плутон