Измерение петель диэлектрического гистерезиса

Основные характеристики сегнетоэлектриков: спонтанную P_sи остаточную P_rполяризацию, величину коэрцитивного поля E_cможно определить, исследуя петли диэлектрического гистерезиса.

Рисунок 2.4 Схема установки Сойера-Тауэра для исследования петель диэлектрического гистерезиса.

Образец устанавливался на измерительный столик (рисунок 2.5), при помощи игольчатых электродов обеспечивался электрический контакт. Переменное напряжение с генератора подавалось на последовательно соединенные исследуемый конденсатор Cχ и эталонный конденсатор Сэ (переключатель П в положении 1). При таком соединении наблюдалась петля заряда. Если перевести переключатель П в положение 2, то последовательно с образцом включается сопротивление R₃. При этом наблюдалась петля тока, являющаяся производной петли заряда. Напряжение U₃с эталонного конденсатора C₃подавалось на вход 3 осциллографа. Это напряжение пропорционально заряду q на эталонном конденсаторе.

Рисунок 2.5 Измерительный столик с двухкоординатной системой позиционирования верхней контактной иглы по плоскости пленки.

Заряд q можно определить из соотношения

Как известно, заряд связан с поверхностной плотностью заряда σ соотношением где S - площадь поверхности образца. В случае, когда вектор поляризации P перпендикулярен поверхности образца, имеем

Поскольку величина заряда для двух последовательно соединенных конденсаторов одинаковато справедливо выражение

Отсюда следует, что напряжение на эталонном конденсаторе Иэ прямо пропорционально поляризации Р.

На вход 1 осциллографа подавалось напряжение с делителя, состоящего из двух последовательно соединенных сопротивлений R_iи R₂, пропорциональное приложенному к образцу напряжению. Таким образом, на экране осциллографа (при выключенном генераторе развертки горизонтального отклонения) наблюдалось изображение петли гистерезиса

54

Что, в соответствии с (4), можно переписать как

где E - напряженность электрического поля, определяемая соотношением E = - U∕d, где d - толщина сегнетоэлектрического конденсатора.

Если переключатель П поставлен в положение 2, то на вертикальные пластины (вход 3) подается напряжение, пропорциональное силе тока, протекающего через сегнетоэлектрик. Полученная осциллограмма является петлей τoκa[137]

Коэрцитивное поле определялось по насыщенной петле гистерезиса при максимальном значении переменного напряжения.

2.2.2