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).

Знаете ли Вы, что релятивистское объяснение феномену CMB (космическому микроволновому излучению) придумал человек выдающейся фантазии Иосиф Шкловский (помните книжку миллионного тиража "Вселенная, жизнь, разум"?). Он выдвинул совершенно абсурдную идею, заключавшуюся в том, что это есть "реликтовое" излучение, оставшееся после "Большого Взрыва", то есть от момента "рождения" Вселенной. Хотя из простой логики следует, что Вселенная есть всё, а значит, у нее нет ни начала, ни конца... Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

Сегнетополупроводники

Литература по сегнетополупроводникам