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 Тк (точка Кюри), при к-рой происходит фазовый переход из параэлектрич. неполярной фазы в сегнетоэлектрич. полярную фазу (см. Сегнетоэлектрики).
Сегнетоэлоктриками являются полупроводники группы AIV BVI, обладающие малой шириной запрещённой зоны ~ 0,1-0,3 эВ. К ним относятся GeTe, SnTe, потенциальный С. РbТе (Тк 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. AIV BVI зависит от концентрации свободных носителей заряда. В кристаллах SnTe, к-рые из-за высокой плотности вакансий Sn имеют дырочную проводимость с высокой концентрацией дырок, Тк 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 AV BVI CVII имеют большую ширину запрещённой зоны ( эВ). При см2/В*с они характеризуются малой проводимостьюОм-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-3 становятся 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
присм2/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 Тк (ВаТiO3, SbSI) до 1% от величины Тк. 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 ji пропорц. интенсивности света I: где еk, el - 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).
В. В. Леманов