Сегнетополупроводники. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Сегнетополупроводники

Сегнетополупроводники - кристаллы, обладающие одновременно сегнетоэлектрическими и полупроводниковыми свойствами. В сегнетополупроводниках при определённых температурах и в отсутствие внеш. электрич. поля существует спонтанная электрич. поляризация (электрич. дипольный момент Р), к-рая может существенным образом изменяться под влиянием внеш. воздействий (внеш. электрич. поле, давление, темп-pa). Спонтанная поляризация возникает при определённой температуре Т_к (точка Кюри), при к-рой происходит фазовый переход из параэлектрич. неполярной фазы в сегнетоэлектрич. полярную фазу (см. Сегнетоэлектрики).

Сегнетоэлоктриками являются полупроводники группы A^IV B^VI, обладающие малой шириной запрещённой зоны

~ 0,1-0,3 эВ. К ним относятся GeTe, SnTe, потенциальный С. РbТе (Т_к О К, см. ниже) и твёрдые растворы на их основе (см. Полупроводниковые материалы). Электропроводность этих кристаллов при комнатной температуре (Т = 300 К) составляет

- -10⁵ Ом^-1*см^-1 при холловской подвижности носителей заряда

= 5*10¹ - 5*10² см²/В*с. Темп-pa Кюри С. A^IV B^VI зависит от концентрации свободных носителей заряда. В кристаллах SnTe, к-рые из-за высокой плотности вакансий Sn имеют дырочную проводимость с высокой концентрацией дырок, Т_к понижается вплоть до О К при увеличении концентрации дырок до 1,3*10²¹ см^-3. В С. с высокой проводимостью экранирование спонтанной поляризации свободными носителями не позволяет проводить её прямых измерений.

С. группы A^V B^VIC^VII имеют большую ширину запрещённой зоны (

эВ). При

см²/В*с они характеризуются малой проводимостью

Ом^-1*см^-1 и обладают заметной фотопроводимостью.

Высокоомными полупроводниками с примесной проводимостью являются Сегнетоэлектрики со структурой перовскита (

эВ). Так, ВаТiO₃ с примесями редкоземельных ионов может иметь проводимость до 10^-1 Ом^-1*см^-1 при

см²/В*с, в то время как при отсутствии примесей

Ом^-1*см^-1. Относительно высокой проводимостью, связанной с вакансиями Рb, обладают кристаллы РbТiO₃. Кристалл SrТiO₃(как и РbТе) рассматривается как потенциальный (виртуальный) С., т. е. при снижении Т вплоть до О К этот кристалл приближается к фазовому переходу в сегнетоэлектрич. состояние, но переходне успевает произойти при реальных темп-pax. Для чистых кристаллов

Ом^-1*см^-1. Легиров. кристаллы имеют проводимость до 1 Ом^-1*см^-1 при

см²/В*с. Кристаллы SrTiO₃ с концентрацией носителей ~10¹⁹-10²⁰ см^-3становятся сверхпроводящими при Т = 0,3-0,5 К (см. Сверхпроводники).

Сегнетоэлектрик LiNbO₃ с широкой запрещённой зоной имеет проводимость

Ом^-1*см^-1, т. е. является типичным изолятором. Однако при сильном легировании (напр., Fe) а может достигать 10^-7 Ом^-1*см^-1 при

см²/В*с. Легиров. кристаллы обладают заметной фотопроводимостью. Нек-рые характеристики С. приведены в табл. К С. можно отне
сти также кристаллы Ag₃AsS, Sn₂P₂S₆, TlGaSe₂. Для всех С. связь электронной подсистемы с сегнетоэлектрич. свойствами приводит к небольшим изменениям в точке фазового перехода величин

Некотопые характеристики сегнетополупроводииков

Фотоэлектрические свойства. Взаимосвязь сегнетоэлектрич. и полупроводниковых свойств приводит к ряду фотоэлектрич. эффектов. Так, при освещении С. наблюдается сдвиг Т_к (ВаТiO₃, SbSI) до 1% от величины Т_к. При этом наблюдаются и изменения температурной зависимости диэлектрич. проницаемости в области фазового перехода (фотогистерезисный эффект). Поскольку свободные носители в С. экранируют спонтанную поляризацию и оказывают тем самым сильное влияние на доменную структуру, то генерация свободных носителей при освещении С. может приводить к изменению его доменной структуры (фотодоменный эффект).

При однородном освещении в С. возникает стационарный электрич. ток (см. Фотогальванический эффект ).Для света с линейной поляризацией ток в кристалле j_i пропорц. интенсивности света I: где е_k, e_l - компоненты единичного вектора электрич. поля световой волны. Тензор отличен от 0 во всех кристаллах без центра инверсии (см. Симметрия кристаллов ),но, как правило, особенно большую величину он имеет в сегнетоэлектриках. В освещённом С. возникает фотоэдс, к-рая достигает больших значений. Так, в кристаллах LiNbO₃ она соответствует электрич. полям Е ~ 10⁴ -10⁵ В/см.

При локальном освещении С. фотогальванич. эффект и(или) диффузия приводят к переносу возбуждённых носителей на периферию светового пучка, где происходит захват носителей ловушками. В результате создаётся объёмный заряд, поле к-рого за счёт электрооптич. эффекта приводит к изменению показателей преломления кристалла (фоторефрактивный эффект).

Сегнетокерамика. В полупроводниковых керамиках (на основе легированного ВаТiO₃ и др.) взаимное влияние сегнетоэлектрич. и полупроводниковых свойств проявляется в положит. температурном коэф. сопротивления (ПТКС). Сопротивление керамики при изменении Т резко уменьшается (до 6 порядков) в узкой области Т при фазовом переходе в сегнетоэлектрич. фазу. Объяснение основано на представлении о Шоттки барьерах на границах зёрен с относительно высокой проводимостью, к-рые разделены изолирующим запорным слоем. В области фазового перехода резко возрастает диэлектрич. проницаемость, что приводит к уменьшению высоты барьера и соответственно к экспоненциальному уменьшению сопротивления образца.

В керамике, состоящей из зёрен с полупроводниковой проводимостью и тонких изолирующих слоев, наблюдается увеличение эфф. диэлектрич. проницаемости на низких частотах. Кроме того, изменяется при приложении слабых электрич. полей Е, что связано с зависимостью от поля Е толщины обеднённого слоя.

Применение. С., обладающие фоторефрактивным эффектом, используются для записи и обработки оптич. сигналов. Сегнетокерамика с эффектом ПТКС применяется для создания приборов в системах теплового контроля и в измерит. технике. Полупроводниковая Сегнетокерамика с тонкими межзёренными прослойками используется в конденсаторах большой ёмкости. Высокоомные С. применяются в гибридных структурах, где возможно управление проводимостью полевого транзистора в канале исток- сток путём переключения спонтанной поляризации в сегнетоэлектрич. затворе. Возможно использование переключения сегнетоэлектрич. доменов в плёнках для создания энергонезависимых устройств памяти с высокой ёмкостью и высоким быстродействием (технология таких устройств совместима с кремниевой технологией).

Литература по сегнетополупроводникам

Фридкин В. М., Сегнетоэлектрики - полупроводники, М., 1976;
его же, Фотосегнетоэлектрики, М., 1979;
Лайнс М., Гласс А., Сегнетоэлектрики и родственные им материалы, пер. с англ., М., 1981;
Барфут Д., Тейлор Д., Полярные диэлектрики и их применения, пер. с англ., М., 1981.

В. В. Леманов

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, что, как и всякая идолопоклонническая религия, релятивизм ложен в своей основе. Он противоречит фактам. Среди них такие:

1. Электромагнитная волна (в религиозной терминологии релятивизма - "свет") имеет строго постоянную скорость 300 тыс.км/с, абсурдно не отсчитываемую ни от чего. Реально ЭМ-волны имеют разную скорость в веществе (например, ~200 тыс км/с в стекле и ~3 млн. км/с в поверхностных слоях металлов, разную скорость в эфире (см. статью "Температура эфира и красные смещения"), разную скорость для разных частот (см. статью "О скорости ЭМ-волн")

2. В релятивизме "свет" есть мифическое явление само по себе, а не физическая волна, являющаяся волнением определенной физической среды. Релятивистский "свет" - это волнение ничего в ничем. У него нет среды-носителя колебаний.

3. В релятивизме возможны манипуляции со временем (замедление), поэтому там нарушаются основополагающие для любой науки принцип причинности и принцип строгой логичности. В релятивизме при скорости света время останавливается (поэтому в нем абсурдно говорить о частоте фотона). В релятивизме возможны такие насилия над разумом, как утверждение о взаимном превышении возраста близнецов, движущихся с субсветовой скоростью, и прочие издевательства над логикой, присущие любой религии.

4. В гравитационном релятивизме (ОТО) вопреки наблюдаемым фактам утверждается об угловом отклонении ЭМ-волн в пустом пространстве под действием гравитации. Однако астрономам известно, что свет от затменных двойных звезд не подвержен такому отклонению, а те "подтверждающие теорию Эйнштейна факты", которые якобы наблюдались А. Эддингтоном в 1919 году в отношении Солнца, являются фальсификацией. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира