Методика получения петель диэлектрического гистерезиса

Основой экспериментальной установки для получения петель диэлектрического гистерезиса является схема Сойера-Тауэра, модернизированная для исследования тонких пленок. Модернизированная схема Сойера-Тауэра изображена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3. Модернизированная схема Сойера-Тауэра Ri = 226 кОм, R₂= 0...187 кОм, R₃= 1,91 кОм, R₄= 170 Ом, C₁= 0,83 мкФ, C₂ = 0,12 мкФ.

пропорционально заряду qна эталонном конденсаторе. Заряд q можно определить из

соотношения:

q = С2 U2 = Cχ Uχ, (2.1) где U_x- напряжение на образце. Известно, что заряд связан с поверхностной плотностью заряда σ соотношением:

q = σ S, (2.2)

где s - площадь поверхности образца. В случае, когда вектор поляризации Pперпендикулярен поверхности пластины, имеем:

σ = P. (2.3)

Подставляя (2.3) и (2.2) в (2.1),

получаем:

P = С2 U2 ∕ S. (2.4)

Отсюда следует, что значение поляризации pпрямо пропорционально напряжению на эталонном конденсаторе U2.

На вход χ осциллографа подается напряжение с делителя, состоящего из двух последовательно соединенных сопротивлений R1 и R2, пропорциональное приложенному к образцу напряжению.

q = q(U). (2.5)

В соответствии с анализом, выполненным выше, получаем:

P = P(U). (2.6)

Если переключатель K₁поставлен в левое положение, то на вертикальные пластины (вход Y) подается напряжение, пропорциональное

Рисунок 2.4. Фотография экспериментальной установки для получения петель диэлектрического гистерезиса сегнетоэлектрических пленок.

силе тока, протекающего через сегнетоэлектрик. Полученная осциллограмма является петлей тока:

I = I(U). (2.7)

Вид экспериментальной установки для наблюдения петель диэлектрического гистерезиса в тонкопленочных конденсаторных структурах представлен на рисунке 2.4.

Данная установка состоит из держателя тонкопленочных образцов, ноутбука, цифровой приставки-осциллографа

Hantek DSO-2090,

модернизированной схемы Сойера-Тауэра и генератора треугольных импульсов с частотным диапазоном 70 - 1400 Гц. Форма сигнала, используемая при получении петель диэлектрического гистерезиса, показана на рисунке 2.5.

Для наблюдения используется ноутбук, так как он имеет гальваническую развязку от сети питания, что позволяет избавиться от наводок при измерениях на частотах, отличных от 50 Гц.

На рисунке 2.6 показана петля диэлектрического

Рисунок 2.5. Форма сигнала, используемая при получении петли диэлектрического гистерезиса динамическим методом.

гистерезиса,

анализируя

58 которую можно определить следующие характерные величины: P_r+- положительное значение остаточной поляризации, P_max+- состояние поляризации, когда приложенное напряжение достигает своего максимального значения, - положительное значение поляризации насыщения,

- положительное коэрцитивное напряжение- напряжение, при котором петля гистерезиса пересекает ось х при увеличении значения внешнего

напряжения,

соответствующие величины для отрицательных значений приложенного напряжения и поляризации, U_cm- напряжение смещения центра петли относительно начала координат.

2.2.2.