EA032620B1 - Method of a bidomain structure formation in ferroelectric single crystal wafers - Google Patents
Method of a bidomain structure formation in ferroelectric single crystal wafers Download PDFInfo
- Publication number
- EA032620B1 EA032620B1 EA201600460A EA201600460A EA032620B1 EA 032620 B1 EA032620 B1 EA 032620B1 EA 201600460 A EA201600460 A EA 201600460A EA 201600460 A EA201600460 A EA 201600460A EA 032620 B1 EA032620 B1 EA 032620B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- ferroelectric
- single crystal
- plate
- light
- bidomain
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/16—Oxides
- C30B29/22—Complex oxides
- C30B29/30—Niobates; Vanadates; Tantalates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B33/02—Heat treatment
Abstract
Description
Изобретение относится к информации о монокристаллах сегнетоэлектриков с бидоменной структурой и может быть использовано в нанотехнологии и микромеханике при создании и работе приборов точного позиционирования, таких как зондовые микроскопы, лазерные резонаторы, при юстировке оптически и т.д. Достигаемый технический результат заключается в обеспечении формирования бидоменной структуры при обеспечении повышения эффективности и стабильности преобразования электрического сигнала в механические упругие деформации, чувствительности, точности за счет отсутствия механического гистерезиса, ползучести и остаточных деформаций в широком интервале рабочих температур при высокой линейности характеристики электрическое напряжение - механическая деформация.The invention relates to information about single crystals of ferroelectrics with a bidomain structure and can be used in nanotechnology and micromechanics when creating and operating precision positioning devices, such as probe microscopes, laser resonators, during optical alignment, etc. The technical result achieved is to ensure the formation of a bidomain structure while increasing the efficiency and stability of the conversion of an electrical signal to mechanical elastic deformations, sensitivity, accuracy due to the absence of mechanical hysteresis, creep and residual deformations in a wide range of operating temperatures with high linearity of the characteristic electrical stress - mechanical deformation .
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области получения монокристаллов сегнето-электриков с бидоменной структурой и может быть использовано в нанотехнологии и микромеханике при создании и работе приборов точного позиционирования, в частности зондовых микроскопов, лазерных резонаторов, а также при юстировке оптических систем.The invention relates to the field of producing single crystals of ferroelectrics with a bi-domain structure and can be used in nanotechnology and micromechanics in the creation and operation of precision positioning devices, in particular probe microscopes, laser resonators, and also when aligning optical systems.
Основным конструктивным элементом таких приборов любой модификации является электромеханическое устройство, которое преобразовывает электрическую энергию в управляемое движение, т.е. микроактюатор. К перспективным методам активации следует отнести пьезоэлектрические биморфные элементы на основе бидоменных структур в монокристаллах сегнетоэлектриков.The main structural element of such devices of any modification is an electromechanical device that converts electrical energy into controlled movement, i.e. microactuator. The promising activation methods include piezoelectric bimorph elements based on bidomain structures in single crystals of ferroelectrics.
Сведения о предшествующем уровне техникиBackground of the Related Art
Известен способ формирования доменной структуры в монокристаллической пластине нелинейнооптического сегнетоэлектрика, например ниобата лития, (КИ 2371746, опублик. 27.10.2009) путем воздействия на нее высоким напряжением, приложенным между металлическими электродами, расположенными на противоположных полярных гранях пластины, причем один из них выполнен в виде структуры, состоящей из полос определенной конфигурации (полосовой электрод), для формирования доменной структуры соответствующей конфигурации. В способе на поверхность пластины с полосовым электродом воздействуют импульсным лазерным излучением, обеспечивающим неоднородный нагрев поверхностного слоя пластины и образование под полосовым электродом приповерхностных доменов при последующем охлаждении после окончания импульса лазерного излучения. Высокое напряжение прикладывают между электродами одновременно или после воздействия импульса лазерного излучения, в результате чего формируется доменная структура, состоящая из сквозных доменов в точном соответствии с рисунком полосового электрода.A known method of forming a domain structure in a single crystal plate of a nonlinear optical ferroelectric, such as lithium niobate, (KI 2371746, published. 10.27.2009) by exposing it to a high voltage applied between metal electrodes located on opposite polar faces of the plate, and one of them is made a structure consisting of strips of a certain configuration (strip electrode) to form a domain structure of the corresponding configuration. In the method, the surface of a wafer with a strip electrode is exposed to pulsed laser radiation, which provides an inhomogeneous heating of the surface layer of the wafer and the formation of surface domains under the strip electrode during subsequent cooling after the end of the laser pulse. High voltage is applied between the electrodes simultaneously or after exposure to a laser pulse, as a result of which a domain structure is formed consisting of through domains in exact accordance with the pattern of a strip electrode.
Недостатком этого способа является невозможность создания бидоменной структуры с противоположно направленными векторами поляризации.The disadvantage of this method is the inability to create a bidomenic structure with oppositely directed polarization vectors.
Известен способ формирования доменной структуры в монокристаллической пластине нелинейнооптического сегнетоэлектрика, например ниобата лития (КС 2439636, опублик. 10.01.2012), путем воздействия на нее высокого напряжения, приложенного между металлическими электродами, расположенными на противоположных полярных гранях пластины. Один из электродов выполнен в виде структуры, состоящей из полос определенной конфигурации (полосовой электрод) для формирования доменной структуры соответствующей конфигурации. Перед нанесением электрода на полярную грань, противоположную полосовому электроду, дополнительно наносят слой диэлектрического покрытия.A known method of forming a domain structure in a single crystal plate of a nonlinear optical ferroelectric, for example lithium niobate (KC 2439636, published. 01.10.2012), by applying a high voltage to it, applied between metal electrodes located on opposite polar faces of the plate. One of the electrodes is made in the form of a structure consisting of strips of a certain configuration (strip electrode) to form a domain structure of the corresponding configuration. Before applying the electrode to the polar face opposite the strip electrode, an additional dielectric coating layer is applied.
Недостатком этого способа является возможность формирования только регулярной доменной структуры, состоящей из чередующихся доменов разных знаков. Такая структура не может быть использована в качестве рабочих элементов электромеханической деформации.The disadvantage of this method is the possibility of forming only a regular domain structure, consisting of alternating domains of different signs. Such a structure cannot be used as working elements of electromechanical deformation.
Известен способ формирования доменной структуры в монокристаллической пластине нелинейнооптического сегнетоэлектрика, например ниобата лития, с помощью приложения электрического поля к полярным поверхностям пластины, на одну из которых нанесен диэлектрический слой, выполненный определенным рисунком (И8 5756263, опублик. 26.05.1998). Согласно этому способу на одну из полярных поверхностей наносят диэлектрический слой, в котором с помощью известных технологий фотолитографии формируется рисунок. К полярным поверхностям пластины прикладывают электроды (например, в виде жидкого электролита) и воздействуют электрическим полем определенной величины и длительности, достаточным для того, чтобы осуществить переключение спонтанной поляризации.There is a method of forming a domain structure in a single crystal plate of a nonlinear optical ferroelectric, for example lithium niobate, by applying an electric field to the polar surfaces of the plate, one of which is coated with a dielectric layer made in a specific pattern (I8 5756263, published May 26, 1998). According to this method, a dielectric layer is applied to one of the polar surfaces, in which a pattern is formed using known photolithography technologies. Electrodes are applied to the polar surfaces of the wafer (for example, in the form of a liquid electrolyte) and exposed to an electric field of a certain size and duration sufficient to effect a switching of spontaneous polarization.
Недостатком этого способа также является возможность формирования только регулярной доменной структуры, состоящей из чередующихся доменов разных знаков. Такая структура не может быть использована в качестве рабочих элементов электромеханической деформации.The disadvantage of this method is the possibility of forming only a regular domain structure, consisting of alternating domains of different signs. Such a structure cannot be used as working elements of electromechanical deformation.
Прототипом предложенного изобретения является способ получения монокристаллов ниобата лития с бидоменной структурой (КС 2492283, опублик. 10.09.2013) для устройств нанотехнологии и микромеханики путем наложения электродов на две грани кристалла при нагреве до температуры фазового перехода - температуры Кюри - под действием неоднородного электрического поля. Грани кристалла являются плоскопараллельными, кристалл ориентируют под углом ζ+36° к полярной оси, а электроды выполнены в виде системы параллельных струн. Согласно данному способу электроды изготавливают из палладиевой пасты и наносят на пластины сапфира.The prototype of the proposed invention is a method for producing single crystals of lithium niobate with a bidomain structure (КС 2492283, published. 09/10/2013) for nanotechnology and micromechanics devices by applying electrodes to two faces of a crystal when heated to a phase transition temperature - Curie temperature - under the influence of an inhomogeneous electric field. The crystal faces are plane-parallel, the crystal is oriented at an angle ζ + 36 ° to the polar axis, and the electrodes are made in the form of a system of parallel strings. According to this method, the electrodes are made from palladium paste and applied to sapphire wafers.
Недостатком этого способа является обеспечение формирования бидоменной структуры, толщина которой не может превышать 600 мкм. Это происходит вследствие того, что при высоких температурах глубина проникновения электрического поля в объем образца ограничена 200-300 мкм благодаря возникновению при таких температурах свободных носителей заряда, экранирующих внешнее поле.The disadvantage of this method is the provision of the formation of a bidomain structure, the thickness of which cannot exceed 600 microns. This is due to the fact that at high temperatures the penetration depth of the electric field into the sample volume is limited to 200-300 μm due to the appearance of free charge carriers that shield the external field at such temperatures.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
В изобретении достигается технический результат, заключающийся в обеспечении формирования бидоменной структуры толщиной более 0,4 мм с заданным положением и формой границы в пластинах из монокристаллических сегнетоэлектриков, при этом сформированные пластины из монокристаллических сегнетоэлектриков с бидоменной структурой обеспечивают повышение эффективности и стабильности преобразования электрического сигнала в механические упругие деформации, чувствительности,The invention achieves the technical result, which consists in ensuring the formation of a bi-domain structure with a thickness of more than 0.4 mm with a given position and border shape in plates of single-crystal ferroelectrics, while the formed plates of single-crystal ferroelectrics with a bi-domain structure increase the efficiency and stability of the conversion of an electrical signal into mechanical elastic deformation, sensitivity,
- 1 032620 точности за счет отсутствия механического гистерезиса, ползучести и остаточных деформаций в широком интервале рабочих температур при высокой линейности характеристики электрическое напряжение - механическая деформация.- 1,032,620 accuracy due to the absence of mechanical hysteresis, creep and residual deformations in a wide range of operating temperatures with high linearity of the characteristic electrical stress - mechanical deformation.
Указанный технический результат достигается следующим образом.The specified technical result is achieved as follows.
Способ формирования бидоменной структуры в пластинах монокристаллов сегнетоэлектриков, заключающийся в образовании в пластине монокристалла сегнетоэлектрика двух монодоменных областей с противоположным направлением векторов поляризации доменов и бидоменной границей, включает бесконтактное размещение пластины монокристалла сегнетоэлектрика с плоскопараллельными гранями в бескислородной среде рабочего пространства камеры установки фотонного отжига между двумя светопоглощающими экранами. При этом большие грани пластины монокристалла сегнетоэлектрика расположены параллельно продольным осям светопоглощающих экранов.A method of forming a bidomain structure in ferroelectric single crystal plates, comprising forming two mono-domain regions in the ferroelectric single crystal plate with opposite direction of domain polarization vectors and a bidomain boundary, includes contactless placement of a ferroelectric single crystal plate with plane-parallel faces in an oxygen-free medium from the camera’s working space screens. In this case, the large faces of the ferroelectric single crystal plate are parallel to the longitudinal axes of the light-absorbing screens.
Далее в камере установки фотонного отжига формируют два встречных параллельных световых потока, направленных перпендикулярно большим граням пластины монокристалла сегнетоэлектрика и продольным осям светопоглощающих экранов. При этом мощность каждого светового потока задают из условий обеспечения полного прогрева пластины монокристалла сегнетоэлектрика в диапазоне температур не менее температуры Кюри и не более температуры плавления сегнетоэлектрика.Next, two counterpropagating light fluxes are formed in the photon annealing installation chamber, directed perpendicularly to the large faces of the ferroelectric single crystal plate and the longitudinal axes of the light-absorbing screens. In this case, the power of each light flux is set from the conditions for ensuring complete heating of the ferroelectric single crystal plate in a temperature range of not less than the Curie temperature and not more than the melting point of the ferroelectric.
Затем происходит дальнейший прогрев пластины монокристалла сегнетоэлектрика при заданных условиях и ее охлаждение.Then, a further heating of the ferroelectric single crystal plate occurs under given conditions and its cooling.
В частном случае пластину монокристалла сегнетоэлектрика охлаждают с заданным градиентом температуры, меняющейся от минимального значения на противоположных больших гранях пластины монокристалла сегнетоэлектрика до максимального значения в области формирования бидоменной границы, например с градиентом температуры 10°С/мм.In a particular case, the ferroelectric single crystal plate is cooled with a predetermined temperature gradient, varying from a minimum value on opposite large faces of the ferroelectric single crystal plate to a maximum value in the region of formation of the bidomain boundary, for example, with a temperature gradient of 10 ° C / mm.
Также пластину монокристалла сегнетоэлектрика можно охлаждать с заданным градиентом температуры, меняющейся от максимального значения на противоположных больших гранях пластины монокристалла сегнетоэлектрика до минимального значения в области формирования бидоменной границы, например с градиентом температуры 3°С/мм.Also, the ferroelectric single crystal wafer can be cooled with a predetermined temperature gradient, varying from the maximum value on opposite large faces of the ferroelectric single crystal wafer to the minimum value in the region of the bidomain boundary formation, for example, with a temperature gradient of 3 ° C / mm.
В частном случае пластина монокристалла сегнетоэлектрика выполнена из монокристалла ниобата лития Ы№03.In a particular case, the wafer of a single crystal of a ferroelectric is made of a single crystal of lithium niobate Н№0 3 .
Кроме того, бесконтактное размещение пластины монокристалла сегнетоэлектрика обеспечивается путем помещения брусков, выполненных из сапфира.In addition, the non-contact placement of the ferroelectric single crystal plate is ensured by placing bars made of sapphire.
При этом светопоглощающие экраны выполнены в виде пластин из кристаллического кремния.In this case, the light-absorbing screens are made in the form of plates of crystalline silicon.
Также месторасположение и форма границы бидоменной структуры формируется за счет изменения интенсивности и мощности светового потока.Also, the location and the shape of the boundary of the bidomain structure is formed by changing the intensity and power of the light flux.
Перечень чертежейList of drawings
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема нагрева пластины монокристалла сегнетоэлектрика, на фиг. 2 и фиг. 3 изображено рабочее пространство камеры установки фотонного отжига.The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a heating circuit of a wafer of a single crystal of a ferroelectric; FIG. 2 and FIG. 3 shows the working space of the photon annealing chamber.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention
На фиг. 1 показаны пластина 1 монокристалла сегнетоэлектрика, например ниобата лития ЫНЬ03, светопоглощающие кремниевые экраны 2, сапфировые бруски 3, световые потоки 4, тепловые потоки 5, 6 выходящие из пластины через боковые грани 7.In FIG. 1 shows a plate 1 of a single crystal of a ferroelectric, for example lithium niobate LNO 3 , light-absorbing silicon screens 2, sapphire bars 3, light flux 4, heat fluxes 5, 6 emerging from the plate through side faces 7.
Предложенное изобретение осуществляется следующим образом.The proposed invention is as follows.
Пластину 1, имеющую плоскопараллельные грани, размещают в бескислородной среде рабочего пространства камеры установки фотонного отжига 9 на держателе 8.A plate 1 having plane-parallel faces is placed in an oxygen-free medium of the working space of the photon annealing chamber 9 on the holder 8.
Неточности ориентировки пластины 1 относительно центра камеры установки фотонного отжига могут приводить к искажению плоской формы междоменной границы и ухудшению эксплуатационных характеристик бидоменного элемента деформации.Inaccuracies in the orientation of the plate 1 relative to the center of the photon annealing chamber can lead to a distortion of the flat shape of the interdomain boundary and to a deterioration in the operational characteristics of the bidomain deformation element.
Ориентировка граней пластины относительно полярных осей монокристалла сегнетоэлектрика выбирается из условия обеспечения заданной величины поперечной упругой деформации пластины.The orientation of the faces of the plate relative to the polar axes of the single crystal of a ferroelectric is selected from the condition of ensuring a given value of the transverse elastic deformation of the plate.
В камеру установки фотонного отжига пластину 1 помещают между двумя светопоглощающими кремниевыми экранами 2, располагая большие грани пластины 1 параллельно продольным осям экрановIn the photon annealing installation chamber, a plate 1 is placed between two light-absorbing silicon screens 2, having large faces of the plate 1 parallel to the longitudinal axes of the screens
2. Контакт между пластиной 1 и экранами 2 предотвращают посредством сапфировых брусков 3.2. The contact between the plate 1 and the screens 2 is prevented by sapphire bars 3.
В камере установки фотонного отжига формируют два встречных параллельных световых потока 4, направленных перпендикулярно большим граням пластины 1 и продольным осям экранов 2.In the photon annealing installation chamber, two counterpropagating parallel light fluxes 4 are formed, directed perpendicularly to the large faces of the plate 1 and the longitudinal axes of the screens 2.
Большие грани пластины 1 подвергают фотонному нагреву, облучая световыми потоками 4. Мощность каждого светового потока задают из условий обеспечения полного прогрева пластины 1. Диапазон температур, обеспечивающий полный прогрев пластины 1, ограничивают нижним пределом (не менее температуры Кюри) и верхним пределом (не более температуры плавления сегнетоэлектрика).The large faces of plate 1 are subjected to photon heating by irradiating with light fluxes 4. The power of each light flux is set from the conditions for ensuring complete heating of plate 1. The temperature range ensuring complete heating of plate 1 is limited by a lower limit (not less than the Curie temperature) and an upper limit (not more than melting point of a ferroelectric).
За счет создания однородных световых потоков 4 лампами с параболическими отражателями распределение температуры по объему экранов 2 является равномерным. Через торцевые грани пластины 1 отводятся тепловые потоки 7. Экраны 2 создают в объеме пластины 1 неоднородное температурное поле, симметричное относительно центра пластины 1. Тем самым создаются условия, при которых пластину 1Due to the creation of homogeneous light fluxes by 4 lamps with parabolic reflectors, the temperature distribution throughout the volume of the screens 2 is uniform. Heat fluxes are removed through the end faces of plate 1. Screens 2 create an inhomogeneous temperature field in the volume of plate 1 symmetrical with respect to the center of plate 1. This creates conditions under which plate 1
- 2 032620 можно представить в виде двух слоев, в которых градиент температуры направлен от поверхности к центру. Величина градиента температуры меняется по толщине пластины 1, и величина его максимальна на гранях пластины 1 и равна нулю в области формирования бидоменной границы.- 2 032620 can be represented as two layers in which the temperature gradient is directed from the surface to the center. The magnitude of the temperature gradient varies along the thickness of the plate 1, and its value is maximum on the faces of the plate 1 and is equal to zero in the region of formation of the bidomain boundary.
Обеспечив полный прогрев пластины 1 при заданных условиях, проводят ее охлаждение. Охлаждение можно осуществлять с заданным градиентом температуры, меняющейся от минимального значения на противоположных больших гранях пластины монокристалла сегнетоэлектрика до максимального значения в области формирования бидоменной границы, например с градиентом температуры 10°С/мм.Providing complete heating of the plate 1 under given conditions, carry out its cooling. Cooling can be carried out with a predetermined temperature gradient, varying from a minimum value on opposite large faces of the ferroelectric single crystal plate to a maximum value in the region of formation of the bidomain boundary, for example, with a temperature gradient of 10 ° C / mm.
Также охлаждение можно осуществлять с заданным градиентом температуры, меняющейся от максимального значения на противоположных больших гранях пластины монокристалла сегнетоэлектрика до минимального значения в области формирования бидоменной границы, например с градиентом температуры 3°С/мм.Also, cooling can be carried out with a predetermined temperature gradient, varying from the maximum value on the opposite large faces of the ferroelectric single crystal plate to the minimum value in the region of the formation of the bi-domain boundary, for example, with a temperature gradient of 3 ° C / mm.
В обоих случаях при охлаждении пластины 1 от температуры Кюри происходит формирование двух доменов с противоположными направлениями векторов поляризации и плоской междоменной границей. Направление векторов поляризации задаются распределением и ориентацией тепловых полей в пластине 1.In both cases, when plate 1 is cooled from the Curie temperature, two domains are formed with opposite directions of polarization vectors and a flat interdomain boundary. The direction of the polarization vectors is determined by the distribution and orientation of the thermal fields in the plate 1.
Поляризация монокристалла сегнетоэлектрика происходит благодаря тому, что при температуре фазового перехода коэрцитивная сила в монокристалле сегнетоэлектрика становится близкой к нулю и ионы металлов, например лития в ниобате или танталате лития, приобретают возможность смещаться в соседний кислородный октаэдр элементарной ячейки. После уменьшения температуры ниже температуры фазового перехода их положение становится фиксированным.The polarization of a single crystal of a ferroelectric occurs due to the fact that at the phase transition temperature the coercive force in a single crystal of a ferroelectric becomes close to zero and metal ions, for example lithium in lithium niobate or lithium tantalate, become able to shift to the neighboring unit cell oxygen octahedron. After the temperature decreases below the phase transition temperature, their position becomes fixed.
Расположение и форма бидоменной границы в объеме пластины 1 задается режимами нагрева и охлаждения, в частности за счет изменения интенсивности и мощности световых потоков 4. Их также можно задавать при изменении положения пластины 1 в рабочем пространстве камеры установки фотонного отжига, толщины и геометрической формы светопоглощающих кремниевых экранов 2.The location and shape of the bi-domain boundary in the volume of the plate 1 is determined by the heating and cooling modes, in particular by changing the intensity and power of the light flux 4. They can also be set by changing the position of the plate 1 in the working space of the photon annealing chamber, the thickness and geometric shape of light-absorbing silicon screens 2.
Конкретный пример осуществления способа.A specific example of the method.
Для изготовления экранов из пластин кристаллического кремния диаметром 100 мм и толщиной 500 мкм были вырезаны два экрана размерами 75x45 мм, соответствующие размеру держателя.For the manufacture of screens from crystalline silicon wafers with a diameter of 100 mm and a thickness of 500 μm, two screens with dimensions of 75x45 mm were cut corresponding to the size of the holder.
Образец в виде прямоугольной пластины монокристалла ниобата лития с размерами 70 мм (срез Ζ+36°) на 20 мм (срез X) и толщиной 1,6 мм помещался между кремниевыми экранами через сапфировые бруски. Затем собранная конструкция помещалась в установку фотонного отжига.A sample in the form of a rectangular plate of a lithium niobate single crystal with dimensions of 70 mm (section Ζ + 36 °) by 20 mm (section X) and a thickness of 1.6 mm was placed between silicon screens through sapphire bars. Then the assembled structure was placed in a photon annealing unit.
В установке пластину монокристалла ниобата лития нагревали до температуры плавления ниобата лития конгруэнтного состава - 1150°С в течение 40 мин, пластину выдерживали 5 мин, затем охлаждали до температуры 100-150°С в течение 90 мин. Во время отжига происходило зарождение доменов в центре монокристалла, прорастание доменных границ по его объему и формирование одной доменной границы в середине пластины.In the setup, the lithium niobate single crystal plate was heated to a melting temperature of congruent lithium niobate of 1150 ° C for 40 min, the plate was held for 5 min, then cooled to a temperature of 100-150 ° C for 90 min. During annealing, the nucleation of domains in the center of the single crystal, the germination of domain walls along its volume, and the formation of one domain wall in the middle of the plate took place.
Исследования морфологии и визуализация полученной доменной структуры в кристалле ниобата лития методами селективного травления, рентгеновской топографии и сканирующей зондовой микроскопии подтвердили, что в процессе отжига сформировалась устойчивая бидоменная структура.Studies of the morphology and visualization of the obtained domain structure in a lithium niobate crystal by selective etching, X-ray topography, and scanning probe microscopy confirmed that a stable bi-domain structure was formed during annealing.
Эффективность и стабильность преобразования электрического сигнала в механические упругие деформации на экспериментальном макете биморфного элемента, которым является пластина из монокристаллического сегнетоэлектрика, размерами 70x20x1,6 мм при консольном закреплении характеризуется следующими параметрами: изменение деформации в интервале напряжений ±300 В составила 50 мкм, остаточная деформация элементов не превышает 0,3%, линейность деформации не хуже 0,01% в диапазоне рабочих температур от комнатной до 850°С.The efficiency and stability of the conversion of an electrical signal into mechanical elastic deformations on an experimental model of a bimorph element, which is a single-crystal ferroelectric plate with dimensions of 70x20x1.6 mm with cantilever fixing, is characterized by the following parameters: the strain change in the voltage range of ± 300 V was 50 μm, the residual deformation of the elements does not exceed 0.3%, the linearity of deformation is not worse than 0.01% in the range of operating temperatures from room temperature to 850 ° C.
В предложенном изобретении изгибные деформации полученных бидоменных кристаллических структур характеризуются отсутствием механического гистерезиса, ползучести и остаточных деформаций в широком интервале рабочих температур при высокой линейности величины электрическое напряжение - механическая деформация.In the proposed invention, the bending deformations of the obtained bidomenic crystal structures are characterized by the absence of mechanical hysteresis, creep and residual deformations in a wide range of operating temperatures with a high linearity of the magnitude of the electrical stress - mechanical deformation.
Claims (6)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2013/001115 WO2015088371A1 (en) | 2013-12-12 | 2013-12-12 | Method of synthesizing a bi-domain structure in ferroelectric single crystal wafers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201600460A1 EA201600460A1 (en) | 2017-01-30 |
| EA032620B1 true EA032620B1 (en) | 2019-06-28 |
Family
ID=53371540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201600460A EA032620B1 (en) | 2013-12-12 | 2013-12-12 | Method of a bidomain structure formation in ferroelectric single crystal wafers |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA032620B1 (en) |
| RU (1) | RU2566142C2 (en) |
| WO (1) | WO2015088371A1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110670134B (en) * | 2019-09-20 | 2021-04-23 | 南开大学 | Preparation method of p-type and n-type conductive lithium niobate nanowires |
| RU196011U1 (en) * | 2019-12-13 | 2020-02-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Three-axis positioning device |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5756263A (en) * | 1995-05-30 | 1998-05-26 | Eastman Kodak Company | Method of inverting ferroelectric domains by application of controlled electric field |
| WO2009015474A1 (en) * | 2007-07-31 | 2009-02-05 | Ye Hu | Method of ferroelectronic domain inversion and its applications |
| RU2492283C2 (en) * | 2011-12-08 | 2013-09-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for formation of bidomain structure in single-crystal plates |
-
2013
- 2013-12-12 WO PCT/RU2013/001115 patent/WO2015088371A1/en active Application Filing
- 2013-12-12 EA EA201600460A patent/EA032620B1/en not_active IP Right Cessation
- 2013-12-12 RU RU2014105877/05A patent/RU2566142C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5756263A (en) * | 1995-05-30 | 1998-05-26 | Eastman Kodak Company | Method of inverting ferroelectric domains by application of controlled electric field |
| WO2009015474A1 (en) * | 2007-07-31 | 2009-02-05 | Ye Hu | Method of ferroelectronic domain inversion and its applications |
| RU2492283C2 (en) * | 2011-12-08 | 2013-09-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for formation of bidomain structure in single-crystal plates |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201600460A1 (en) | 2017-01-30 |
| WO2015088371A1 (en) | 2015-06-18 |
| RU2014105877A (en) | 2015-08-27 |
| RU2566142C2 (en) | 2015-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1083112C (en) | Fabrication of patterned poled dielectric structures and devices | |
| Bykov et al. | Formation of bidomain structure in lithium niobate plates by the stationary external heating method | |
| Rao et al. | A brief survey on basic properties of thin films for device application | |
| CN107244669B (en) | Processing method and system for laser-induced graphene micro-nano structure | |
| CN102483555A (en) | Method for manufacturing optical element | |
| US3851174A (en) | Light detector for the nanosecond-dc pulse width range | |
| RU2566142C2 (en) | Method of forming bidomain structure in ferrielectric monocrystal plates | |
| KR20210103502A (en) | Method for making patterned SrB4BO7 and PbB4O7 crystals | |
| Andrushchak et al. | Development of Crystalline Nanocomposites with KDP crystals as Nanofiller | |
| Kislyuk et al. | Tailoring of stable induced domains near a charged domain wall in lithium niobate by probe microscopy | |
| Kokhanchik et al. | Surface periodic domain structures for waveguide applications | |
| RU2492283C2 (en) | Method for formation of bidomain structure in single-crystal plates | |
| CN105591275A (en) | MgO:PPLN-based electric field tuning light parameter oscillator with controllable crystal domain duty ratio | |
| Andrushchak et al. | Nanoengineering of anisotropic materials for creating the active optical cells with increased energy efficiency | |
| RU2371746C1 (en) | Method of forming domain structure in single-crystal wafer of non-linear optical ferroelectric material | |
| JP5984498B2 (en) | Method for manufacturing polarization inversion element, method for manufacturing waveguide type wavelength conversion element, and waveguide type wavelength conversion element | |
| US10248004B2 (en) | Method for the inscription of second-order nonlinear optical properties into an amorphous or vitreous material | |
| RU2411561C1 (en) | Method of forming domain structure in single-crystal wafer of nonlinear optical ferroelectric material | |
| Masuno et al. | Giant second harmonic generation from metastable BaTi2O5 | |
| CN108681181B (en) | Laser-assisted thermal polarization equipment and method for microscopic second-order nonlinear polarizability optical element | |
| JP2006259338A (en) | Method and device for fabricating polarization reversal structure | |
| RU2439636C1 (en) | Method of forming domain structure in monocrystalline wafer of nonlinear-optic ferroelectric material | |
| RU2233354C1 (en) | Process for making piezoelectric multidomain -structure monocrystals for precise positioning devices | |
| Nishigaki et al. | Measurement of piezoelectric properties of pulsed laser deposited hydroxyapatite thin films on platinum or titanium substrate | |
| CN108534945A (en) | A method of modulation membrane laser induced potential |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AZ KG TJ TM RU |