DE1091162B - Ferroelektrisch oder piezoelektrisch aktives Dielektrikum - Google Patents
Ferroelektrisch oder piezoelektrisch aktives DielektrikumInfo
- Publication number
- DE1091162B DE1091162B DEW21134A DEW0021134A DE1091162B DE 1091162 B DE1091162 B DE 1091162B DE W21134 A DEW21134 A DE W21134A DE W0021134 A DEW0021134 A DE W0021134A DE 1091162 B DE1091162 B DE 1091162B
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- glycine
- dielectric
- ferroelectric
- senate
- ferroelectrically
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 39
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- GZXOHHPYODFEGO-UHFFFAOYSA-N triglycine sulfate Chemical compound NCC(O)=O.NCC(O)=O.NCC(O)=O.OS(O)(=O)=O GZXOHHPYODFEGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 claims description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 21
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 9
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 6
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 230000005621 ferroelectricity Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- CDOBGXTYYCPFLM-UHFFFAOYSA-K aluminum;carbamimidoylazanium;disulfate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Al+3].NC([NH3+])=N.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O CDOBGXTYYCPFLM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- MSZSGKIGWIVVOP-UHFFFAOYSA-N carboxymethylazanium;hydrogen sulfate Chemical class NCC(O)=O.OS(O)(=O)=O MSZSGKIGWIVVOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N germanium oxide Inorganic materials O=[Ge]=O YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002655 kraft paper Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- LJCNRYVRMXRIQR-OLXYHTOASA-L potassium sodium L-tartrate Chemical compound [Na+].[K+].[O-]C(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O LJCNRYVRMXRIQR-OLXYHTOASA-L 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 235000011006 sodium potassium tartrate Nutrition 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
- G11C11/22—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using ferroelectric elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G7/00—Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture
- H01G7/02—Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric
- H01G7/021—Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric having an organic dielectric
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein ferroelektrisch oder piezoelektrisch aktives Dielektrikum für die Herstellung
dielektrischer Bauelemente.
Ferroelektrizität ist eine Erscheinung, die mit der spontanen Polarisation von Gruppen elektrischer
Dipole im Kristallgitter verknüpft ist, so daß sich elektrisch polarisierte Gebiete ergeben. Bei Abwesenheit
äußerer Einflüsse streben diese Gebiete nach einer solchen Anordnung innerhalb des Kristalls, daß sie
sich praktisch gegenseitig neutralisieren, so daß der Kristall als Ganzes kein äußeres elekrisches Feld aufweist.
Das Anlegen eines elektrischen Feldes an einen solchen Kristall oder einen aus solchen Kristallen zusammengesetzten
kristallinen Körper veranlaßt eine Vergrößerung derjenigen Gebiete, deren Polarisationsrichtung mit der Richtung des angelegten Feldes übereinstimmt,
auf Kosten der anderen Gebiete; es veranlaßt auch eine gewisse Orientierung der Polarisation
derjenigen Gebiete in Feldrichtung, die in der Feldrichtung sonst unvollständig polarisiert bleiben. Das
Ergebnis ist eine Gesamtpolarisation des Kristalls oder Kristallkörpers, an den das Feld angelegt wird.
Die Entfernung des angelegten Feldes ergibt ein partielles Verbleiben einer restlichen Gesamtpolarisation
und eine partielle Wiederherstellung der Gebiete mit Polarisationskomponenten in entgegengesetzter Richtung.
Bislang sind kristallisierte Stoffe verschiedener Körperklassen mit ferroelektrischen Eigenschaften
bekanntgeworden, die dementsprechend als ladungsspeichernde Elemente in zahlreichen Rechen- und
Schaltvorrichtungen Verwendung fanden. Die bisher verwendeten ferroelektrischen Stoffe befriedigen jedoch
nicht in jeder Hinsicht. Es fehlt ihnen entweder die eine oder andere der erwünschten Eigenschaften,
oder sie besitzen Eigenschaften, die ein optimales Wirken unter bestimmten Arbeitsbedingungen hindern.
Beispielsweise ist Bariumtitanat, das eine kürzere Schaltzeit aufweist als andere Ferroelektrika,
starkem Schwund unterworfen, d. h., die gespeicherte Polarisation geht rasch verloren.
Demgegenüber wird gemäß der Erfindung ein monoklin kristallines Glycinsulfat oder Glycinselenat
als ferroelektrisch oder piezoelektrisch aktives Dielektrikum zur Herstellung eines dielektrischen Bauelements
für Geräte und Schaltungen verwendet. Weiterhin kann gemäß der Erfindung ein monoklin
kristallines Glycinsulfat oder Glycinselenat, in welchem Wasserstoff ganz oder teilweise durch Deuterium
ersetzt ist, oder ein Einkristall aus monoklin kristallinem Glycinsulfat oder Glycinselenat in normaler
deuterierter Form als ferroelektrisch oder piezoelektrisch aktives Dielektrikum zur Herstellung eines
Ferroelektrisch oder piezoelektrisch
aktives Dielektrikum
aktives Dielektrikum
Anmelder:
Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A)
Vertreter: Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 9. August, 22. Oktober
und 31. Oktober 1956
und 31. Oktober 1956
Bernd Teo Matthias, Berkeley Heights, N. J.
(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
dielektrischen Bauelementes für Geräte oder Schaltungen verwendet werden.
Die erfindungsgemäß empfohlenen Dielektrika werden nach bekannten Verfahren zweckmäßig als Einkristalle
gezüchtet, welche durch eine spezielle Spaltebene gekennzeichnet sind, die auf der zweizähligen
Symmetrieachse senkrecht steht. Spalt- oder Schnittstücke, deren Hauptbegrenzungsflächen mit den natürlichen
Spaltebenen der Kristalle zusammenfallen bzw. parallel zur (OlO)-Ebene des Einkristalls verlaufen,
zeigen maximale Ferroelektrizität in der Dickenrichtung der Elemente. Elemente mit natürlicher Spaltebene aus monoklinem Glycinsulfat und aus monoklinem
Glycinselenat sind durch rechteckige, verhältnismäßig enge elektrostatische Hysteresisschleife gekennzeichnet.
Die erforderliche Koerzitivkraft für diese Elemente beträgt nur 20% oder weniger der entsprechenden
Kraft für kleine Kristallelemente aus Bariumtitanat, d. h., sie erfordern ein koerzitives Feld von nur 100
bis 400 Volt/cm.
Die Schaltzeit für eine Gedächtniszelle mit einem Element aus monoklinem Glycinsulfat liegt zwischen
1,5 und 50 MikroSekunden. Dies ist ein Zehntel bis die Hälfte der Schaltzeit, die das bisher bekannte
Guanidin-Aluminiumsulfat-Hexahydrat erfordert. Im Fall von Bariumtitanat ist die Schaltzeit zwar kürzer,
dafür kommt aber bei Glycinsulfat und Glycinselenat die für Bariumtitanat nachteilige Schwunderscheinung
ganz in Fortfall.
009 628/265
Dazu haben monoklin kristallines Glycinsulfat und
Glycinselenat brauchbare piezoelektrische Eigenschaften. Zur Auswertung dieser Eigenschaften empfiehlt
die Erfindung die Verwendung von Dielektrika in Form von Spaltstücken oder Schnittstücken, die
derart gespalten oder geschnitten sind, daß eine der kristallographischen Hauptachsen parallel zur Dickenrichtung
verläuft.
Die Übergangstemperatur oder der Curiepunkt, oberhalb dessen monoklines Glycinsulfat mit gewöhnlichem
Kristallwasser seine ferroelektrisehen Eigenschaften
verliert, wurde zu 46,7 ± 1°C ermittelt und der des entsprechenden monoklinen Glycinselenats zu
etwa 22° C. Bisher wurde keine untere Grenztemperatur gefunden, bei der diese Kristalle aufhören, ferroelektrische
Eigenschaften zu zeigen. Der Curiepunkt deuterierter Kristalle, d. h. von Kristallen, bei denen
der chemisch gebundene Wasserstoff ganz oder teilweise durch Deuterium ersetzt wurde, liegt bei höheren
Temperaturen; er ist für Glycinsulfat 6O0C und ao
für Glycinselenat 34° C. Deuterisierte Kristalle können also in Bauelementen und Geräten verwendet
werden, in denen relativ große Wärmemengen entwickelt werden, ohne daß ein vorübergehender Abbau
der ferroelektrischen Eigenschaften befürchtet werden muß.
Für die Zwecke der weiteren Beschreibung wird der Ausdruck »Einkristall« benutzt, um einen einzelnen
festen Körper zu bezeichnen, in dem die Atome in einem immer wiederholten dreidimensionalen geometrischen
Muster angeordnet sind. Diese Definition soll auf den Einschluß von Einkristallkörpern ausgedehnt
werden, die durch Zwillingsbildung charakterisiert sind, wie dies für ferroelektrische und Halbleiterkristalle
üblich ist (siehe z.B. Dana's Textbook of Mineralogy, S. 186, 2. Absatz, John Willey, New
York, 1932). Diese Definition schließt augenscheinlich Einzelkörper, etwa keramischer Art, die aus kristallinen
Pulvern durch Sintern oder andere Weise hergestellt sind, aus.
In der Zeichnung stellen
Fig. IA und IB sowie 2 A und 2 B Kristalle von
monoklinem Glycinsulfat und seinen isomorphen Verbindungen in Vorder- und Seitenansicht zweier
typischer Kristallformen dar;
Fig. IC und 2C zeigen typische ferroelektrische
Elemente, die, wie in Fig. IA bzw. 2 A angedeutet, geschnitten worden sind;
Fig. 3 zeigt perspektivisch eine Anordnung, in der Elemente aus einem oder mehreren Stoffen nach der
Erfindung als piezoelektrische Vorrichtung oder als Gedächtnisspeicher verwendet werden;
Fig. 4 zeigt als Schemazeichnung eine Grundschaltung für eine Gedächtniseinrichtung, die ein ferroelektrisches
Element ähnlich dem der Fig. 3 verwendet;
Fig. 5 zeigt als Diagramm die elektrostatische Hysteresischarakteristik eines ferroelektrischen Elements
nach Fig. IC und 2C, die zur Erklärung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 4 dient.
Kristalle von monoklinem Glycinsulfat und monoklinem Glycinselenat bilden in ihrer gewöhnlichen und
deuterierten Form eine neue Grpppe ferroelektrischer Stoffe, auf deren Verwendung die vorliegende Erfindung
beruht.
Monokline Kristalle von Glycinsulfat sind durch- 6g sichtig und haben eine Dichte von 1,69 g/cm3. Sie sind
im Temperaturbereich unterhalb des Curiepunktes von 46,7 ± 0,3° C ferroelektrisch und gleichfalls piezoelektrisch.
Monokline Kristalle von Glycinselenat haben im wesentlichen gleiche Eigenschaften, nur der
Curiepunkt liegt bei 22° C. Kristalle dieser Art sind in Fig. 1A, 1B, 2 A und 2 B gezeigt.
Monokline Kristalle von Glycinsulfat oder Glycinselenat, in denen Wasserstoff ganz oder teilweise
durch Deuterium ersetzt ist, haben ebenfalls praktisch gleiche ferroelektrische und piezoelektrische Eigenschaften,
wie im vorhergehenden beschrieben, der Curiepunkt liegt jedoch höher, und zwar von Glycinsulfat
bei 60° C und von Glycinselenat bei 34° C.
Eine höchst wichtige Tatsache, die zur Verwendung des monoklinen Glycinsulfats und seiner isomorphen
Verbindungen in Bauelementen und Geräten bedeutsam ist, ist die, daß natürliche Spaltflächen parallel
zur kristallographischen Ebene (010) bestehen. Überdies stehen diese natürlichen Spaltflächen senkrecht
zur ferroelektrischen Achse, die in der kristallographischen Richtung b oder (010) verläuft. Demgemäß
können Kristallelemente, wie die in Fig. 1 C und 2 C angedeuteten, die in der Dickenrichtung ferroelektrisch
sind, sehr einfach und zuverlässig aus einem geeigneten monoklinen Einkristall geschnitten werden,
wie beispielsweise durch die punktierten Schnittlinien in Fig. 1A und 2 B angedeutet. Der ausgesuchte
Kristall wird parallel zu der kristallographischen Ebene (010) und senkrecht zur &-Achse mit einem
Rasiermesser oder einer ähnlichen scharfen Schneide geschnitten. Dementsprechend wird das erhaltene Element,
wie in Fig. 1 C und 2 C gezeigt, zum Teil von einem Paar paralleler Hauptflächen begrenzt, die mit
der kristallographischen Ebene (010) zusammenfallen und auf denen die ferroelektrische Achse senkrecht
steht, wodurch diese also in der Dickenrichtung des Elements liegt.
Es wird dem Fachmann klar sein, daß die piezoelektrischen und ferroelektrischen Eigenschaften der
Materialien, insbesondere die letzteren Eigenschaften, sie einzigartig für zahlreiche Typen von Geräten und
Schaltungen geeignet machen. Es sei beispielsweise daran erinnert, daß beim Anlegen einer die Koerzitivkraft
übersteigenden Potentialdifferenz mit 60 Perioden je Sekunde quer zur Dickenrichtung natürlicher
Spaltstücke von dem in Verbindung mit Fig. 1 C und 2 C beschriebenen Typ eine ungewöhnlich rechteckige
Hysteresisschleife erscheint. Diese Kristalle sind durch ein koerzitives Feld von der Größenordnung
100 bis 400 Volt je Zentimeter und eine Schaltzeit von 1,5 bis 50 Mikrosekunden gekennzeichnet. Es wurde
ferner gefunden, daß die gespeicherte Ladung verhältnismäßig frei von Schwund ist.
In Fig. 3 ist ein neuartiges dielektrisches Element oder Bauteil nach vorliegender Erfindung in Form
einer dünnen Kreisscheibe 10 gezeigt. Die Kreisscheibe 10 wird aus einem monoklinen Einkristall eines in der
Patentschrift genannten Materials, wie beispielsweise deuterierten Glycinsulfats, geschnitten und vorzugsweise
mit einer der zur Dickenrichtung des Kristalls parallel laufenden kristallographischen Achsen. Für
die Verwendung als piezoelektrisches Teil nach Fig. 3 kann irgendeine der drei kristallographischen Hauptachsen
α, b oder c, wie in Fig. IA, IB und 2 A, 2 B
gezeigt, parallel zur Dickenrichtung gewählt werden. Zur Auswertung der ferroelektrischen Eigenschaften
des Elements, d. h. für die Verwendung z. B. als Speicherzelle, sollte die ferroelektrische Achse des
Kristalls genau parallel zur Dickenrichtung des Elements laufen. Wie zuvor an Hand von Fig. IA, IB,
1 C und 2A, 2 B und 2 C beschrieben, steht die ferroelektrische Achse senkrecht auf den natürlichen Spaltebenen des Kristalls, die ihrerseits parallel zur kristallographischen
Ebene (010) laufen.
Alternativ kann die Scheibe 10 aus einem polykristallinen Körper eines der genannten isomorphen
Stoffe hergestellt werden.
Passende Abmessungen für die Scheibe 10 der Fig. 3 sind beispielsweise 1,5 cm Durchmesser und
1,5 mm Dicke.
Die Resonanz als piezoelektrisch schwingendes Teil ist durch die Orientierung in bezug auf die kristallographischen
Achsen des Kristalls, aus dem es geschnitten ist, ebenso bestimmt wie durch die physikaiischen
Abmessungen und die Temperatur, bei der es in Betrieb genommen wird. Einheiten dieses Typs
können bequem so bemessen werden, daß sie bei Frequenzen im Bereich von 50 Kilohertz bis zu mehreren
Megahertz arbeiten.
Um das Anlegen elektrischer Felder an das Element 10 in Richtung der Dickenabmessung zu erleichtern,
werden festhaftende Metallüberzüge als Elektroden 12 und 14 nach verschiedenen, dem Fachmann wohlbekannten
Methoden an der oberen bzw. unteren Fläche angebracht. Zuleitungsdrähte 16 und 18 werden
in geeigneter Weise, beispielsweise durch Löten, an den Elektroden 12 und 14 angebracht.
Wenn das Gerät nach Fig. 3 als piezoelektrisches Element benutzt wird, arbeitet es unter dem Einfluß
eines konstanten Gleichstromvorspannungsfeldes. Unter dem Einfluß eines solchen Feldes zeigt das
Element 10 seine piezoelektrischen Eigenschaften darin, daß es seine Abmessungen in Abhängigkeit von
Änderungen eines elektrischen Feldes ändert, welches an den Körper in einer Richtung angelegt ist, welche
eine parallele Komponente zur Richtung des Vorspannungsfeldes besitzt, und daß es andererseits beim Anlegen
mechanischer Spannungen ein Potential in Richtung des Vorspannungsfeldes hervorbringt, das sich
bei Änderung der angelegten mechanischen Spannung ändert. Die Wirksamkeit des piezoelektrischen Elements
wächst, wenn das überlagerte, stetige elektrische Feld verstärkt wird.
Das stetige Vorspannungsfeld für piezoelektrische Verwendung kann hergestellt werden, indem zwischen
den Elektroden 12 und 14 eine Gleichspannung aufrechterhalten wird, während das Gerät in Betrieb ist.
Ein ähnliches Ergebnis kann erreicht werden, indem man den ferroelektrischen Körper einem hohen Gleich-Spannungspotential
für eine angemessene Zeitspanne vor der Verwendung unterwirft. Nach Entfernung dieses Potentials verbleibt eine restliche oder remanente
Polarisation in dem Körper, die an Stelle des obenerwähnten Vorspatmungsfeldes verwendet wird,
wodurch die Notwendigkeit entfällt, das von außen angelegte Vorspannungsfeld aufrechtzuerhalten.
Die restliche oder remanente Polarisation kann schneller und wirksamer erhalten werden, wenn man
das Material auf eine Temperatur oberhalb seines Curiepunktes erwärmt und dann auf eine Temperatur
unterhalb seines Curiepunktes, während es unter dem Einfluß eines starken konstanten Feldes steht, abkühlen
läßt.
Zur Polarisation bei Raumtemperatur sind Potentialgradienten von 20 000 Volt je Zentimeter oder
mehr von einigen Minuten Dauer oder etwa 5000 Volt je Zentimeter für einige Stunden erforderlich. Wenn
das Material auf eine Temperatur oberhalb seines Curiepunktes erwärmt und zur Abkühlung gebracht
wird, während die Spannung angelegt ist, spielt die Zeit, für welche die Spannung angelegt bleibt, keine
bedeutsame Rolle mehr bei diesem Verfahren.
Die Vorrichtung nach Fig. 3, die gewöhnlich als ferroelektrischer Kondensator bezeichnet wird, kann
bei Betrieb mit einer angemessenen Gleichvorspannung, die entweder äußerlich angelegt wird oder aus
einer remanenten Polarisation des Körpers 10 stammt, für die zahlreichen und verschiedenen Zwecke verwendet
werden, für die die bekannten piezoelektrischen Einrichtungen verwendet wurden. Die hervorstechendste
Verwendung piezoelektrischer Geräte besteht, wie dem Fachmann wohlbekannt ist, in der
Frequenzkontrolle und für elektromechanische Wellenfilter oder verwandte Geräte zur Frequenzselektion.
Andere allgemeine Verwendungsgebiete sind elektromechanische Wandler, Mikrophone, Telefonhörer,
phonographische Tonabnehmer, Relais u. dgl.
Fig. 4 zeigt als Diagramm die bekannte Grundschaltung für die Speicherung der binären Zahlenwerte »1« und »0«. Die Scheibe 40 kann praktisch ein
Zehntel des Durchmessers und der Dicke der Scheibe 10 nach Fig. 3 besitzen, wenn die Scheibe 40 nur als
einfache Speicher- oder Gedächtniszelle verwendet werden soll. Die Scheibe 40 wird vorzugsweise in der
mit Bezug auf Fig. 1 C und 2 C beschriebenen Art als natürliches Spaltstück aus einem monoklinen Einkristall
eines der genannten Materialien hergestellt. Die Elektronen 42 und 44 werden der Scheibe 40 in
geeigneter Weise angepaßt. Die Scheibe 40 kann mit ihren Elektroden offenbar auch als ein Kondensator
betrachtet werden, der ein ferroelektrisches Dielektrikum besitzt. Ein größeres ferroelektrisches Element
kann augenscheinlich als Speicher für mehrere 100 Bits verwendet werden. Zuführungen 16 und 18
sind bereits in Verbindung mit Fig. 3 erwähnt. Die Zuführung 18 verbindet mit dem Kondensator 32 und
der Abgabeklemme 36, an die ein (nicht gezeigter) Verbraucherkreis angeschlossen werden soll. Der andere
Anschluß des Kondensators 32 wird geerdet. Eine Diode 34, zweckmäßig aus Germanium oder
Kupferoxyd, liegt parallel zum Kondensator 32, wie angegeben.
Positive oder negative Spannungsimpulse werden dem Element 40 von der Batterie 26 oder Batterie 24
durch vorübergehendes Schließen des Schalters 30 oder 22 nach rechts zugeführt. Bei der praktischen Anwendung
werden die Batterien 26 und 24 gewöhnlich Impulsgeneratoren sein. Widerstände 28 und 2Q liegen
mit Schalter 30 bzw. 22 in Serie und begrenzen zweckmäßig die dem Schaltkreis einschließlich Element 40
zugeführte Stromstärke. Es sei angenommen, daß zunächst ein positiver Impuls das Element 10 auf seine
positive Sättigungspolarisation bringt, was beispielsweise Punkt C in Fig. 5 entspricht, worauf nach Ende
des Impulses die Polarisation auf ihren remanenten Wert zurückkehrt, was beispielsweise Punkt A der
Fig. 5 entspricht. An den Elektroden 42 und 44 verbleibt keine äußere Ladung, aber innerhalb des Elements
40 bleibt die remanente Polarisation A, während die Spannung quer zum Element auf Null zurückkehrt.
Es sei ferner angenommen, daß ein negativer Impuls dem Zahlenwert »1« entspricht und daß kein
Impuls dem Zahlenwert »0« entspricht.
Wenn nun ein negativer Impuls dem Element 40 zugeführt wird, der dem obenerwähnten ersten positiven
Impuls in der Größe entspricht, so wird der Körper 40 auf seine negative Sättigungspolarisation
gebracht, was beispielsweise Punkt D der Fig. 5 entspricht. Bei der Beendigung des Impulses kehrt der
Körper 40 auf seinen remanenten negativen Polarisationswert zurück, was beispielsweise Punkt B der
Fig. 5 entspricht.
Die Diode 34 vermittelt einen langsamen Abfluß der Ladung, die durch den ersten positiven Impuls im
Kondensator 32 entstanden ist, und stellt einen direkten Kurzschluß des Kondensators 32 für den erteilten
negativen Impuls dar. Der binäre Zahlenwert »1« wird nun als remanente negative Polarisation (Punkt B der
Fig. 5) im Element 40 gespeichert und bleibt dort für mehrere Tage ohne wesentlichen Verlust gespeichert.
Zur »Ablesung« als Spannungsimpuls an der äußeren Klemme 36 wird die positive Impulsquelle,
wie oben für den ersten positiven Impuls beschrieben, in Betrieb gesetzt, womit die Polarisation des EIements
40 von Punkt B der Fig. 5 in Punkt C der Fig. 5 umgekehrt wird und die Polarisation nach Beendigung
des Impulses auf Punkt A der Fig. 5 zurückfällt. Während des Ableseimpulses erscheint eine positive
Spannung an der Klemme 36 und verschwindet nur langsam, weil die Diode 34 eine hohe Impedanz für
diese Polarität besitzt.
Die Serienschaltung von Element 40 und Kondensator 32 kann als Spannungsteiler für den erteilten,
entweder positiven oder negativen Impuls aufgefaßt werden. Der Bruchteil eines jeden Impulses, der an
der Endklemme 36 erscheint, ist durch die relativen Kapazitäten des Kondensators 32 und des Elements 40
bestimmt, wenn der Impuls positiv ist; der Bruchteil dieses Impulses ist durch die relativen Impedanzen der
Diode 34 und des Elements 40 bestimmt, wenn der negative Speicherimpuls angelegt wird. Im letzteren
Falle ist der Ausgangsimpuls an Endklemme 36 vernachlässigbar im Vergleich zu dem Ausgangsimpuls,
der durch den Ablese- oder positiven Impuls hervorgerufen war. Numerisch gleiche Impulse sind geeignet
für die erste Einarbeitung, für die Speicherung des binären Zahlenwertes »1« und zum Ablesen des
Zahlenwertes. Wie oben angegeben, genügen Impulsdauern von 1,5 bis 50 Mikrosekunden, wenn das
Element 40 aus monoklinem Glycinsulfat oder einer seiner angegebenen Isomorphen besteht.
Die übliche Konvention, daß ein negativer Impuls den Zahlenwert »1« speichert und daß kein Impuls
dem Wert »0« entspricht, bedeutet, daß ein negativer Impuls die remanente Polarisation des Elements 40
von Punkt A zu Punkt B der Fig. 5 umkehrt, während der Wert »0« keinem Impuls entspricht und die Polarisation
auf Punkt A beläßt. Dementsprechend ergibt ein positiver Ableseimpuls, der dem ferroelektrischen
Element 40 erteilt wird, wenn es im Punkt A der Fig. 5 polarisiert ist, nur einen bedeutungslos kleinen
Impuls an der Endklemme 36, der positiv gegen Erde ist.
Fig. 5 zeigt, wie bereits oben erwähnt, die elektrostatische Hysteresisschleife des ferroelektrischen Elements
40, wobei die Punkte A, B, C und D die oben erläuterte Bedeutung haben. Diese Schleife kann bequem
auf dem Schirm eines Kathodenstrahloszillographen sichtbar gemacht werden. Eine geeignete
Schaltung für diesen Zweck ist von C. B. Sawyer und C. H. Tower in einem Aufsatz »Rochelle Salt
as a Dielectric« in Physical Review, Bd. 35, S. 269 (1930), beschrieben worden. Es kann auch irgendeine
der zahlreichen anderen allgemein bekannten Schaltungsanordnungen gewählt werden.
Claims (7)
1. Verwendung von einem monoklin kristallinen Glycinsulfat oder Glycinselenat als ferroelektrisch
oder piezoelektrisch aktives Dielektrikum zur Herstellung eines dielektrischen Bauelements für
Geräte oder Schaltungen.
2. Verwendung von einem monoklin kristallinen Glycinsulfat oder Glycinselenat, in welchem
Wasserstoff ganz oder teilweise durch Deuterium ersetzt ist, als ferroelektrisch oder piezoelektrisch
aktives Dielektrikum zur Herstellung eines dielektrischen Bauelements für Geräte oder Schaltungen.
3. Verwendung von einem Einkristall aus monoklin kristallinem Glycinsulfat oder Glycinselenat
in normaler oder deuterierter Form als ferroelektrisch oder piezoelektrisch aktives Dielektrikum
zur Herstellung eines dielektrischen Bauelements für Geräte oder Schaltungen.
4. Ferroelektrisch aktives Dielektrikum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus
einem Spaltstück besteht, dessen Hauptbegrenzungsflächen mit natürlichen Spaltebenen zusammenfallen.
5. Ferroelektrisch aktives Dielektrikum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus
einem Schnittstück besteht, dessen Hauptbegrenzungsfiächen parallel zur (010)-Ebene des Einkristalls
verlaufen.
6. Piezoelektrisch aktives Dielektrikum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus
einem Spaltstück oder Schnittstück besteht, das derart gespalten oder geschnitten ist, daß eine der
kristallographischen Hauptachsen parallel zur Dickenrichtung verläuft.
7. Dielektrikum nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es auf einander
entgegengesetzten Flächen mit Elektroden versehen ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 922 257.
Deutsche Patentschrift Nr. 922 257.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
009 628/265 10.60
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US60307256A | 1956-08-09 | 1956-08-09 | |
US61754556A | 1956-10-22 | 1956-10-22 | |
US619463A US2986681A (en) | 1956-10-31 | 1956-10-31 | Monoclinic glycine sulfate and isomorphs |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1091162B true DE1091162B (de) | 1960-10-20 |
Family
ID=27416870
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEW21134A Pending DE1091162B (de) | 1956-08-09 | 1957-05-08 | Ferroelektrisch oder piezoelektrisch aktives Dielektrikum |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS34284B1 (de) |
CH (1) | CH379574A (de) |
DE (1) | DE1091162B (de) |
GB (1) | GB821292A (de) |
NL (2) | NL217538A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1291801B (de) * | 1963-08-31 | 1969-04-03 | Ceskoslovenska Akademie Ved | Parametrischer Verstaerker mit nichtlinearem, spannungsabhaengigem Kondensator |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE922257C (de) * | 1951-11-01 | 1955-01-13 | Western Electric Co | Ferroelektrische Speichereinrichtung und Schaltung |
-
0
- NL NL113403D patent/NL113403C/xx active
- NL NL217538D patent/NL217538A/xx unknown
-
1957
- 1957-05-08 DE DEW21134A patent/DE1091162B/de active Pending
- 1957-06-21 CH CH4751757A patent/CH379574A/de unknown
- 1957-07-16 GB GB22514/57A patent/GB821292A/en not_active Expired
- 1957-07-25 JP JP1834057A patent/JPS34284B1/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE922257C (de) * | 1951-11-01 | 1955-01-13 | Western Electric Co | Ferroelektrische Speichereinrichtung und Schaltung |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1291801B (de) * | 1963-08-31 | 1969-04-03 | Ceskoslovenska Akademie Ved | Parametrischer Verstaerker mit nichtlinearem, spannungsabhaengigem Kondensator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH379574A (de) | 1964-07-15 |
NL217538A (de) | |
NL113403C (de) | |
JPS34284B1 (de) | 1959-01-30 |
GB821292A (en) | 1959-10-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE922257C (de) | Ferroelektrische Speichereinrichtung und Schaltung | |
DE60216039T2 (de) | Piezoelektrischer Einkristall mit kontrollierter Domänenstruktur | |
DE1026791B (de) | Speicherschaltung unter Verwendung ferroelektrischer Kondensatoren | |
DE2119832A1 (de) | Schaltungsanordnung zur Ansteuerung matrixfbrmig adressierbarer flüssigkristalliner Lichtventilanordnungen | |
DE2800343A1 (de) | Bistabile elektrostatische vorrichtung | |
DE2037676A1 (de) | Anzeigeschirm mit einer Flüssigkristallschicht sowie Verfahren zu dessen Herstellung | |
EP3365926B1 (de) | Verfahren zur ansteuerung eines elektromechanischen elements | |
DE4017023A1 (de) | Piezoelektrische vorrichtung mit schwingungsrichtung in dickenerstreckung und verfahren zu ihrer herstellung | |
DE2514276A1 (de) | Betriebsschaltung fuer einen oszillator mit piezoelektrischem resonator | |
DE2252790A1 (de) | Elektronische sicherheitseinrichtung | |
DE1091162B (de) | Ferroelektrisch oder piezoelektrisch aktives Dielektrikum | |
DE10025576A1 (de) | Piezoelektrische Vorrichtung | |
DE1022263B (de) | System zur Steuerung und/oder Speicherung elektrischer Signale | |
DE1132749B (de) | Ferroelektrische Matrix | |
DE2030302A1 (de) | Optischer Verschluß aus polykristalliner ferroelektnscher Feinkronkeramik | |
DE1077702B (de) | Aus einem Kondensator mit ferroelektrischem Dielektrikum bestehendes Speicherelement | |
DE1206017B (de) | Ferroelektrische Steuerschaltung | |
DE1180412B (de) | Informationsspeicheranordnung mit Halbleiter-elementen | |
DE1017648B (de) | Elektrolumineszenzschirm | |
DE1044887B (de) | Speicherkreis fuer elektrische Impulse | |
DE3012117A1 (de) | Abstimmbarer keramik-kondensator | |
DE2003396A1 (de) | Elektrische Schaltungsanordnung mit einem Filter | |
DE2346978C3 (de) | Elektromechanischer Wandler für Torsionsschwingungen und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE1916024C (de) | Ferroelektrisches Speicherelement | |
DE1771937C3 (de) | Als Speicherelement oder Schaltelement geeignetes polarisationsumkehrbares Wandlerelement |