Электрический отклик тонких пленок ниобата лития и танталата лития на модулированное тепловое излучение
С.И. Гудков1,1, А.В. Солнышкин1, Р.Н. Жуков2, Д.А. Киселев2
1 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
2 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.082
Оригинальная статья
Аннотация: В работе проведены исследования пироэлектрической активности наноразмерных тонких поликристаллических пленок ниобата лития, изготовленных методом высокочастотного магнетронного распыления и методом лазерной абляции, а также тонких поликристаллических пленок танталата лития, изготовленных методом высокочастотного магнетронного распыления. С использованием динамического метода исследования пироэлектрического эффекта выяснено, что все образцы обладают самопроизвольной поляризацией, возникающей во время постростового термического отжига. Оценка пироэлектрического коэффициента показала, что значения пирокоэффициента тонких пленок ниобата лития и танталата лития в несколько раз меньше значений пирокоэффициента для объемных кристаллов соответствующих материалов. Это может быть связано с тем, что вектор поляризации части зерен лежит в плоскости пленки, а также с существующими в объеме пленки и на границе раздела пленка/подложка ловушками, на которых носители заряда рекомбинируют и не участвуют в генерации пироэлектрического тока.
Ключевые слова: ниобат лития, танталат лития, тонкая пленка, динамический метод, естественная униполярность, самополяризация, самопроизвольная поляризации, пироэлектрический эффект, пироэлектрический коэффициент
- Гудков Сергей Игоревич – аспирант 4 года обучения кафедры физики конденсированного состояния, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет», ассистент кафедры физики конденсированного состояния ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Солнышкин Александр Валентинович – д.ф.-м.н., профессор кафедры физики конденсированного состояния, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
- Жуков Роман Николаевич – научный сотрудник лаборатории физики оксидных сегнетоэлектриков, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
- Киселев Дмитрий Александрович – к.ф.-м.н., заведующий лабораторией физики оксидных сегнетоэлектриков, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Ссылка на статью:
Гудков, С.И. Электрический отклик тонких пленок ниобата лития и танталата лития на модулированное тепловое излучение / С.И. Гудков, А.В. Солнышкин, Р.Н. Жуков, Д.А. Киселев // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 82-91. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.082.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Qi, Yi. Integrated lithium niobate photonics / Yi. Qi, Ya. Li // Nanophotonics. – 2020. – V. 9. – I. 6. – P. 1287-1320. DOI: 10.1515/nanoph-2020-0013.
2. Irzaman Application of lithium tantalate (LiTaO3) films as light sensor to monitor the light status in the Arduino Uno based energy-saving automatic light prototype and passive infrared sensor / Irzaman, R. Siskandar, N. Nabilah et al. // Ferroelectrics. – 2018. – V. 524. – I. 1. – P. 44-55. DOI: 10.1080/00150193.2018.1432842.
3. Kämpfe, T. Tunable non-volatile memory by conductive ferroelectric domain walls in lithium niobate thin films / T. Kämpfe, B. Wang, A. Haußmann et al. // Crystals. – 2020. – V. 10. – I. 9. – Art. № 804. – 11 p. DOI: 10.3390/cryst10090804.
4. García-Cabañes, A. Recent achievements on photovoltaic optoelectronic tweezers based on lithium niobate / A. García-Cabañes, A. Blázquez-Castro, L. Arizmendi et al. // Crystals. – 2018. – V. 8. – I. 2. – Art. № 65. – 15 p. DOI: 10.3390/cryst8020065.
5. Geuther, J.A. High-energy x-ray production with pyroelectric crystals / J.A. Geuther, Ya. Danon // Journal of Applied Physics. – 2005. – V. 97. – I. 10. – Art. № 104916. – 5 p. DOI: 10.1063/1.1915536.
6. Geuther, J.A. Electron and positive ion acceleration with pyroelectric crystals / J.A. Geuther, Ya. Danon // Journal of Applied Physics. – 2005. – V. 97. – I. 7. – Art. № 074109. – 5 p. DOI: 10.1063/1.1884252.
7. Yan, W. Optically guided pyroelectric manipulation of water droplet on a superhydrophobic surface / W. Yan, Ch. Zhao, W. Luo et al. // ACS Applied Materials & Interfaces. – 2021. – V. 13. – I. 19. – P. 23181-23190. DOI: 10.1021/acsami.1c03407.
8. Jayadevan, K.P. Review Composite and multilayer ferroelectric thin films: processing, properties and applications / K.P. Jayadevan, T.Y. Tseng // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. – 2002. – V. 13. – I. 8. – P. 439-459. DOI: 10.1023/A:1016129318548.
9. Hassanien, A.S. Effect of Se addition on optical and electrical properties of chalcogenide CdSSe thin films / A.S. Hassanien, A.A. Akl // Superlattices and Microstructures. – 2016. – V. 89. – P. 153-169. DOI: 10.1016/j.spmi.2015.10.044.
10. Lima, E.C. The self-polarization effect in Pb(Zr0.50Ti0.50)O3 thin films with no preferential orientation / E.C. Lima, E.B. Araújo, I.K. Bdikin et al. // Materials Research Bulletin. – 2012. – V. 47. – I. 11. – P. 3548-3551. DOI: 10.1016/j.materresbull.2012.06.058.
11. Afanasjev, V.P. Polarization and self-polarization in thin PbZr1-xTixO3 (PZT) films / V.P. Afanasjev, A.A. Petrov, I.P. Pronin et al. // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2001. – V. 13. – № 39. – P. 8755-8763. DOI: 10.1088/0953-8984/13/39/304.
12. Malyshkina, O.V. Use of the thermal square wave method to analyze polarization state in ferroelectric materials / O.V. Malyshkina, A.A. Movchikova, R.M. Grechishkin et al. // Ferroelectrics. – 2010. – V. 400. – I. 1. – P. 63-75. DOI: 10.1080/00150193.2010.505470.
13. Baklanova, K.D. Pyroelectric properties and local piezoelectric response of lithium niobate thin films / K.D. Baklanova, A.V. Solnyshkin, I.L. Kislova et al. // Physica Status Solidi A. – 2018. – V. 215. – I. 5. – Art. № 1700690. – 6 p. DOI: 10.1002/pssa.201700690.
14. Бакланова, К.Д. Электрофизические характеристики тонкопленочных структур на основе ниобата лития / К.Д. Бакланова, С.И. Гудков, М.В. Каменщиков и др. // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. – 2016. – Т. 16. – Вып. 4. – С. 87-90.
15. Malyshkina, O.V. Pyroelectric and dielectric properties of calcium barium niobate single crystals / O.V. Malyshkina, V.S. Lisitsin, J. Dec et al. // Physics of the Solid State. – 2014. – V. 56. – I. 9. – P. 1824-1827. DOI: 10.1134/S1063783414090194.
16. Glass, A.M. Dielectric, thermal, and pyroelectric properties of ferroelectric LiTaO3 / A.M. Glass // Physical Review. – 1968. – V. 172. – I. 2. – P. 564-571. DOI: 10.1103/PhysRev.172.564.
17. Smith, R.T. Temperature dependence of the elastic, piezoelectric, and dielectric constants of lithium tantalate and lithium niobate / R.T. Smith, F.S. Welsh // Journal of Applied Physics. – 1971. – V. 42. – I. 6. – P. 2219-2230. DOI: 10.1063/1.1660528.
18. Webb, R. Absolute absorptance measurements on copper-based allows at infrared wavelengths / R. Webb // International Journal of Thermophysics. – 1989. – V. 10. – I. 2. – P. 513-525. DOI: 10.1007/BF01133547.
19. Smith, D.R. Low-temperature properties of silver / D.R. Smith, F.R. Fickett // Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology. – 1995. – V. 100. – I. 2. – P. 119-171. DOI: 10.6028/jres.100.012.
20. Parravicini, J. All-optical technique to measure the pyroelectric coefficient in electro-optic crystals / J. Parravicini, J. Safioui, V. Degiorgio et al. // Journal of Applied Physics. – 2011. – V. 109. – I. 3. – Art. № 033106. – 5 p. DOI: 10.1063/1.3544069.
21. Levy, M. Fabrication of single-crystal lithium niobate films by crystal ion slicing / M. Levy, R.M. Osgood Jr., R. Liu et al. // Applied Physics Letters. – 1998. – V. 73. – I. 16. – P. 2293-2295. DOI: 10.1063/1.121801.
22. Norkus, V. Pyroelectric infrared detectors based on lithium tantalate: state of art and prospects / V. Norkus // Proceedings SPIE. Detectors and Associated Signal Processing. – 2004. – V. 5251. – P. 121-128. DOI: 10.1117/12.513884.
23. Combette, Ph. RF magnetron-sputtering deposition of pyroelectric lithium tantalate thin films on ruthenium dioxide / Ph. Combette, L. Nougaret, A. Giani et al. // Journal of Crystal Growth. – 2007. – V. 304. – I. 1. – P. 90-96. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2007.02.006.