4.2.1. Высокотемпературный отжиг

Образцы SBN, свойства которых описаны в п.4.1, были выращены, как отмечалось в главе 1, в Лаборатории технологии оксидных кристаллов Института Технологии Электронных материалов, г.

Для сравнения на рисунке 4.7 (кривая 1) представлен профиль поляризации поляризованного образца монокристалла SBN61 не подвергавшегося предварительно каким-либо воздействиям, выращенного в университете г. Оснабрюк, Германия. Приведенная координатная зависимость пирокоэффициента кристалла SBN61 свидетельствует о том, что в нем существует неоднородное распределение пирокоэффициента как в поверхностном слое, так и в центральной части образца. Слой с большим значением поляризации наблюдается с обеих сторон образца на глубине 50 - 200 мкм. Подобный характер профиля поляризации в беспримесных образцах SBN, выращенных в университете г. Оснабрюк, воспроизводился и после поляризации образцов подвергнутых термоциклированию. После охлаждения из параэлектрической фазы у них также возникала система встречных доменов с преобладающим направлением поляризации из глубины к поверхности (Рис.

4.7, кривая 2).

Меньшее значение пирокоэффициента в глубине и в приповерхностном слое связано с частичной полидоменизацией образца, об этом свидетельствуют эксперименты по исследованию доменной структуры поляризованного беспримесного кристалла SBN методом травления в работе [81]. На рисунке

4.8, a преддтталена картииа траввееня поляяного среза кристалла SSBNl, на рисунке 4.8,6 неполярного среза этого же образца (полярная ось проходит вертикально). Темные области на фотографии соответствуют полидоменной структуре, светлые - монодоменной. Глубина, на которой расположены полидоменные области, соответствует слоям образца с меньшим значением поляризации (Рис. 4.7). Таким образом, исследоввоия доменной структуры позволяют сделать вывод о том, что причиной неоднородного распределения

пирокоэффициента у поляризованного образца (Рис.

Рис. 4.7. Координатные зависимости пирокоэффициента поляризованного кристалла SBN. Кривая 1 поляризованный образец, 2 - после охлаждения из параэлектрической фазы. Направление поляризации в образце показано стрелкой.

При этом толщина монодоменного слоя и глубина, на которой он расположен, различны для сторон, соответствующих + P_sи - /\ Данный результат согласуется с утверждением авторов [148] о том, что в полях до 5 кВ/см полностью монодоменизируется только поверхностная область образцов SBN61.

Из сравнения кривых 1 представленных на рисунке 4.1 (поляризованный SBN61, выращенный в Институте Технологии Электронных материалов, г. Варшава) и 4.7 (поляризованный SBN61, выращенный в университете г.

Оснабрюк) четко прослеживается зависимость поляризованного состояния кристалла SBN61 от условий выращивания. Такая зависимость обусловлена случайным распределением ионов Sr и Ва в позиции А2 кристаллической решетки кристаллов SBN [17]. Как показано авторами [34], случайное распределение ионов в кристаллической решетки релаксорных сегнетоэлектриков приводит к возникновению взаимодействий, распределенных по решетке таюке случайным образом. Последнее является причиной наличия в образце случайных полей («random fields» [34-36]), которые, по всей видимости, препятствуют однородной поляризации.

Рис. 4.8. Картины травления поверхности поляризованного беспримесного кристалла SBN полярного среза, масштаб 10 мкм, (а) и неполярного среза, масштаб 50 мкм, (б) [147].

Поскольку для того, чтобы стереть память о любой предшествующей поляризации, кристаллы SBN отжигают при повышенной температуре и затем охлаждают без наложения электрического поля до комнатной температуры [37], было решено попробовать улучшить поляризованное состояние кристаллов SBN61 (выращенных в университете г.

кристаллов SBN61 производился в воздушной атмосфере при температуре 200 °С в течение 5 часов.

Координатные зависимости пирокоэффициента отожженного кристалла SBN61 снимались до и после нагрева образца до температуры параэлектрической фазы. Образец перед нагревом поляризовался тем же способом, что и неотожженный образец SBN61 - путем нагрева до температуры 115°С и последующего охлаждения в поле к= 300B∕mm. Соответствующие пироэлектрические профили представлены на рисунке 4.9.

Рис. 4.9. Координатные зависимости пирокоэффициента отожженного беспримесного кристалла SBN. Кривая 1 поляризованный образец, 2 - после охлаждения из параэлектрической фазы. Направление поляризации в образце показано стрелкой

Как видно из представленных профилей поляризации (кривые 1 на Рис. 4.7 и 4.9) поляризованных образцов, предварительный отжиг кристалла SBN61 способствует более однородной поляризации по толщине образца во внешнем электрическом поле. Более однородное распределение поляризации

по толщине кристаллов SBN61, наблюдаемое у отожженных образцов по сравнению с неотожженными, можно объяснить тем, что отжиг приводит к перераспределению ионов Sr и Ва в структуре этих кристаллов [31]. Причем в процессе перераспределения ионов происходит минимизация случайных полей, ранее препятствующих однородной поляризации образца.

Отжиг также способствует возникновению в образце униполярного состояния, что проявляется в восстановлении поляризованного состояния после охлаждения из параэлектрической фазы (кривые 2 на Рис. 4.7 и 4.9).