RU2566142C2 - Method of forming bidomain structure in ferrielectric monocrystal plates - Google Patents
Method of forming bidomain structure in ferrielectric monocrystal plates Download PDFInfo
- Publication number
- RU2566142C2 RU2566142C2 RU2014105877/05A RU2014105877A RU2566142C2 RU 2566142 C2 RU2566142 C2 RU 2566142C2 RU 2014105877/05 A RU2014105877/05 A RU 2014105877/05A RU 2014105877 A RU2014105877 A RU 2014105877A RU 2566142 C2 RU2566142 C2 RU 2566142C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- single crystal
- plate
- ferroelectric
- ferrielectric
- light
- Prior art date
Links
Images
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
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B33/02—Heat treatment
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения монокристаллов сегнетоэлектриков 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 bidomain 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 adjusting 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 актюации следует отнести использование пьезоэлектрических биморфных элементов 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 methods of actuation include the use of piezoelectric bimorph elements based on bidomenomic structures in single crystals of ferroelectrics.
Известен способ формирования доменной структуры в монокристаллической пластине нелинейно-оптического сегнетоэлектрика, например ниобата лития (RU 2371746, опубл. 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, for example lithium niobate (RU 2371746, publ. 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 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. 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 нелинейно-оптического сегнетоэлектрика, например ниобата лития (RU 2439636, опубл. 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 (RU 2439636, publ. 10.01.2012), by exposing it to a high voltage 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 нелинейно-оптического сегнетоэлектрика, например ниобата лития, с помощью приложения электрического поля к полярным поверхностям пластины, на одну из которых нанесен диэлектрический слой, выполненный определенным рисунком (US 5756263, опубл. 26.05.1998). Согласно этому способу, на одной 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.A known method of forming a domain structure in a single crystal plate of a nonlinear optical ferroelectric, such as 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 certain pattern (US 5756263, publ. 05.26.1998). According to this method, a dielectric layer is applied on 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 (RU 2492283, опубл. 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 z+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 lithium niobate single crystals with a bidomain structure (RU 2492283, publ. 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 faces of the crystal are plane-parallel, the crystal is oriented at an angle z + 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.
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, 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 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, accuracy due to the absence of mechanical hysteresis, creep and residual strain in a wide range of operating temperatures with high linearity characteristics "voltage - 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 monodomain domains 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 to 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°C/мм.In a particular case, the ferroelectric single crystal plate is cooled with a predetermined temperature gradient, varying from the minimum value on opposite large faces of the ferroelectric single crystal plate to the maximum value in the region where the bidomain boundary is formed, 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°C/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 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 LiNbO3.In a particular case, the wafer of a single crystal of a ferroelectric is made of a single crystal of lithium niobate LiNbO 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 формируются за счет изменения интенсивности и мощности светового потока.Also, the location and the shape of the boundary of the bidomain structure are formed by changing the intensity and power of the light flux.
Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 изображена схема нагрева пластины монокристалла сегнетоэлектрика, на фиг. 2 и фиг. 3 изображено рабочее пространство камеры установки фотонного отжига (вид спереди и вид слева соответственно).The invention is illustrated by drawings, in which 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 installation chamber (front view and left view, respectively).
На фиг. 1 показаны пластина 1 монокристалла сегнетоэлектрика, например ниобата лития LiNO3, светопоглощающие кремниевые экраны 2, сапфировые бруски 3, входящие в кристалл световые потоки 4, тепловые потоки 5, 6, излучаемые кремниевыми экранами, тепловые потоки 7, выходящие из пластины через боковые грани.In FIG. 1 shows a plate 1 of a single crystal of a ferroelectric, for example, lithium niobate LiNO 3 , light-absorbing
Предложенное изобретение осуществляется следующим образом.The proposed invention is as follows.
Пластину 1, имеющую плоскопараллельные грани, размещают в бескислородной среде рабочего пространства камеры 9 установки фотонного отжига (целиком установка на чертеже не показана) 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 (the entire installation is not shown in the drawing) on the
Неточности ориентировки пластины 1 относительно центра камеры 9 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
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 9 установки фотонного отжига пластину 1 помещают между двумя светопоглощающими кремниевыми экранами 2, располагая большие грани пластины 1 параллельно продольным осям экранов 2. Контакт между пластиной 1 и экранами 2 предотвращают посредством сапфировых брусков 3.In the photon annealing
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
Большие грани пластины 1 подвергают фотонному нагреву, облучая тепловыми потоками 5, часть энергии при этом переизлучается в направлении от пластины 1 посредством теплового потока 6 и не участвует в формировании бидоменной структуры. 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 the plate 1 are subjected to photon heating by irradiating with heat fluxes 5, part of the energy is re-emitted in the direction from the plate 1 by means of the
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 1 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.Due to the creation of homogeneous light fluxes by 4 lamps with parabolic reflectors, the temperature distribution throughout the volume of the
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°C/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 a ferroelectric single crystal plate to a maximum value in the region of formation of a 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°C/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 направления существующих в сегнетоэлектрике элементарных диполей кристаллической решетки выстраиваются в направлении внутреннего электрического поля, индуцированного объемным градиентом температуры. 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 the directions of the elementary dipoles of the crystal lattice existing in the ferroelectric are aligned in the direction of the internal electric field induced by the volumetric temperature gradient. After the temperature decreases below the phase transition temperature, their position becomes fixed.
Расположение и форма бидоменной границы в объеме пластины 1 задаются 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 и сапфировых брусков 3.The location and shape of the bi-domain boundary in the volume of the plate 1 are determined by the heating and cooling modes, in particular, by changing the intensity and power of the
Конкретные примеры осуществления способаSpecific Examples of the Method
Для изготовления экранов из пластин кристаллического кремния диаметром 100 мм и толщиной 500 мкм были вырезаны два экрана размерами 75×45 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 75 × 45 mm corresponding to the size of the holder were cut out.
а. Образец в виде прямоугольной пластины монокристалла ниобата лития с размерами 20 мм (срез Z) 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.but. A sample in the form of a rectangular plate of a lithium niobate single crystal with dimensions of 20 mm (section Z) by 20 mm (section X) and a thickness of 1.6 mm was placed between the 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 выше точки Кюри ниобата лития конгруэнтного состава - 1150°C в течение 40 минут, пластину выдерживали 5 минут, затем охлаждали до температуры 100-150°C в течение 90 минут.In the setup, the lithium niobate single crystal plate was heated to a temperature above the Curie point of the lithium niobate congruent composition - 1150 ° C for 40 minutes, the plate was kept for 5 minutes, then cooled to a temperature of 100-150 ° C for 90 minutes.
б. Образец в виде прямоугольной пластины монокристалла танталата лития с размерами 20 мм (срез Z) на 20 мм (срез X) и толщиной 1 мм помещался между кремниевыми экранами через сапфировые бруски. Затем собранная конструкция помещалась в установку фотонного отжига.b. A sample in the form of a rectangular plate of a lithium tantalate single crystal with dimensions of 20 mm (slice Z) by 20 mm (slice X) and a thickness of 1 mm was placed between the 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 выше точки Кюри танталата лития 700°C в течение 40 минут, пластину выдерживали 5 минут, затем охлаждали до температуры 100-150°C в течение 50 минут.In the installation, the lithium niobate single crystal plate was heated to a temperature above the Curie point of lithium tantalate 700 ° C for 40 minutes, the plate was kept for 5 minutes, then cooled to a temperature of 100-150 ° C for 50 minutes.
в. Образец в виде прямоугольной пластины монокристалла ниобата лития с размерами 70 мм (срез Z +36°) на 20 мм (срез X) и толщиной 0,4 мм помещался между кремниевыми экранами через сапфировые бруски. Затем собранная конструкция помещалась в установку фотонного отжига.at. A sample in the form of a rectangular plate of a lithium niobate single crystal with dimensions of 70 mm (section Z + 36 °) by 20 mm (section X) and a thickness of 0.4 mm was placed between the 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 выше точки Кюри ниобата лития конгруэнтного состава - 1150°C в течение 40 минут, пластину выдерживали 5 минут, затем охлаждали до температуры 100-150°C в течение 90 минут.In the setup, the lithium niobate single crystal plate was heated to a temperature above the Curie point of the lithium niobate congruent composition - 1150 ° C for 40 minutes, the plate was kept for 5 minutes, then cooled to a temperature of 100-150 ° C for 90 minutes.
Во время отжига происходило зарождение доменов у граней монокристалла, прорастание доменных границ по его объему и формирование одной доменной границы в середине пластины.During annealing, the nucleation of domains at the faces of a 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 кристаллах ниобата лития и танталата 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 lithium niobate and lithium tantalate crystals by selective etching, X-ray topography, and scanning probe microscopy confirmed that a stable bidomenic 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 (ниобата лития) размерами 70×20×0,4 мм при консольном закреплении характеризуется следующими параметрами: изменение деформации в интервале напряжений ±300 В составила ±300 мкм, остаточная деформация элементов не превышает 0,3%, линейность деформации не хуже 0,01% в диапазоне рабочих температур от комнатной до 850°C.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 plate of single-crystal ferroelectric (lithium niobate) with dimensions of 70 × 20 × 0.4 mm with cantilever fixing, is characterized by the following parameters: strain change in the voltage range ± 300 V amounted to ± 300 μm, the residual deformation of the elements does not exceed 0.3%, the linearity of the 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 (7)
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 |
|---|---|
| RU2014105877A RU2014105877A (en) | 2015-08-27 |
| RU2566142C2 true RU2566142C2 (en) | 2015-10-20 |
Family
ID=53371540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014105877/05A RU2566142C2 (en) | 2013-12-12 | 2013-12-12 | Method of forming bidomain structure in ferrielectric monocrystal plates |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA032620B1 (en) |
| RU (1) | RU2566142C2 (en) |
| WO (1) | WO2015088371A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU196011U1 (en) * | 2019-12-13 | 2020-02-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Three-axis positioning device |
Families Citing this family (1)
| 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 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Family Cites Families (2)
| 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 |
| CN102394467B (en) * | 2007-07-31 | 2013-11-06 | 南京长青激光科技有限责任公司 | Broad waveband light source device |
-
2013
- 2013-12-12 RU RU2014105877/05A patent/RU2566142C2/en active
- 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
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МАЛИНКОВИЧ М.Д. и др., Формирование бидоменной структуры в монокристаллах ниобата лития, "Современные наукоемкие технологии", 2010, N12, стр.126-127. БЫКОВ А.С. и др., Формирование бидоменной структуры в пластинах монокристаллов ниобата лития методом стационарного внешнего нагрева, "Материалы электронной техники. Материаловедение и технология. Диэлектрики", 2013, N3. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU196011U1 (en) * | 2019-12-13 | 2020-02-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Three-axis positioning device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201600460A1 (en) | 2017-01-30 |
| EA032620B1 (en) | 2019-06-28 |
| RU2014105877A (en) | 2015-08-27 |
| WO2015088371A1 (en) | 2015-06-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1083112C (en) | Fabrication of patterned poled dielectric structures and devices | |
| Rao et al. | A brief survey on basic properties of thin films for device application | |
| Bykov et al. | Formation of bidomain structure in lithium niobate plates by the stationary external heating method | |
| US9685295B2 (en) | Electron emission device | |
| Esin et al. | Superfast domain wall motion in lithium niobate single crystals. Analogy with crystal growth | |
| Kubasov et al. | Interdomain region in single-crystal lithium niobate bimorph actuators produced by light annealing | |
| RU2566142C2 (en) | Method of forming bidomain structure in ferrielectric monocrystal plates | |
| Merced et al. | A micro-mechanical resonator with programmable frequency capability | |
| Andrushchak et al. | Study of second harmonic generation in KDP/Al₂O₃ crystalline nanocomposite | |
| CN113196163B (en) | Method for manufacturing patterned SrB4BO7 and PbB4O7 crystals | |
| Balakrishna et al. | Nanoscale domain patterns and a concept for an energy harvester | |
| CN102483555A (en) | Method for manufacturing optical element | |
| Ghane-Motlagh et al. | A pyroelectric thin film of oriented triglycine sulfate nano-crystals for thermal energy harvesting | |
| Kubasov et al. | Bidomain ferroelectric crystals: properties and prospects of application | |
| Andrushchak et al. | Nanoengineering of anisotropic materials for creating the active optical cells with increased energy efficiency | |
| RU2492283C2 (en) | Method for formation of bidomain structure in single-crystal plates | |
| Kokhanchik et al. | Surface periodic domain structures for waveguide applications | |
| Malinkovich et al. | Formation of a bidomain structure in lithium niobate wafers for beta-voltaic alternators | |
| JP6273762B2 (en) | Method for manufacturing wavelength conversion element | |
| RU2371746C1 (en) | Method of forming domain structure in single-crystal wafer of non-linear optical ferroelectric material | |
| RU2636261C1 (en) | Diffraction unit for controlling convergence of x-ray beam | |
| JP5984498B2 (en) | Method for manufacturing polarization inversion element, method for manufacturing waveguide type wavelength conversion element, and waveguide type wavelength conversion element | |
| RU2411561C1 (en) | Method of forming domain structure in single-crystal wafer of nonlinear optical ferroelectric material | |
| Trioux et al. | Fabrication of bilayer plate for a micro thermal energy harvester | |
| RU2233354C1 (en) | Process for making piezoelectric multidomain -structure monocrystals for precise positioning devices |