Козирєв А Б, Гайдуков М М, Гагарін А Г, Алтинніков А Г Санкт-Петербурзький Державний Електротехнічний Університет (ЛЕТІ) вул проф Попова 5, м Санкт-Петербург, 197376, Росія тел: (812) 2344809, e-mail: mcl@eltechru

Анотація – Розглянуто спосіб вимірювання часів повільної релаксації діелектричної проникності сегнетоелектричних плівок (СЕ) при впливі імпульсного керуючого напруги

I                                       Введення

Q – добротність резонатора При добротності Q-100 і частоті f ~ 15 ГГц т ~ 1 С ® с

Дослідження властивостей СЕ елементів показали, що після ЗНЯТТЯ керуючого напруги первісне значення ємності відновлюється не миттєво, а з досить великим часом релаксації При імпульсному управлінні це еквівалентно зниження керованості (часто вельми значного) і неоднозначності номіналу ємності в паузі При дослідженнях часів релаксації необхідно передбачити можливість проведення вимірювань як з короткозамкненими електродами (режим КЗ), так і з розімкнутими електродами (режим XX)

II                              Основна частина

Рис 1 Зміна ємності СЕ конденсатора під вплив періодичних імпульсів

Для дослідження часів повільної релаксації був використаний розроблений раніше резонансний метод вимірювання НВЧ параметрів СЕ конденсаторів [1] Вимірювальний резонатор на основі відрізка симетричною Полоскова лінії з коротким замиканням по НВЧ сигналу на кінцях резонансного обсягу включався в вимірювальну СВЧ ланцюг через ємності звязку Це забезпечувало гальванічну розвязку СВЧ ланцюга і ланцюга керування і дозволяло реалізувати умова короткого замикання (КЗ) або холостого ходу (XX) по керуючому постійного напруження

Fig 1 FE varactor capacitance variation under periodical pulses

Можливість приміщення вимірювального резонатора в кріостат (термостат) дозволяє проводити дослідження в досить широкому діапазоні температур

Величина ємності визначається з вимірювання резонансної частоти за формулою

де з = 3-10 ® м / с, / – електрична довжина резонатора, Zo = 30 Ом – хвильовий опір лінії передачі, що утворює резонатор

Поведінка ємності конденсатора на основі СЕ плівки в параелектріческой фазі при імпульсному впливі керуючої напруги схематично можна представити рис1 Після закінчення імпульсу напруги (у паузі) ємність стрибком, внаслідок малих часів релаксації СЕ мякої моди, збільшується до величини Соо, яка може бути істотно менше початкової ємності Після цього починаються процеси повільної релаксації, фізична природа яких неясна і існує цілий ряд можливих моделей [2, 3], і за час паузи ємність збільшується до Сот-Це еквівалентно зниження керованості і неоднозначності номіналу ємності

Частотна характеристика резонатора при імпульсному управлінні наведена на рис 2 Наявність двох резонансних «піків» обумовлено тим, що при вимірах був використаний свіп-генератор з лінійною розгорткою за частотою (аналоговим зміною частоти), час розгортки істотно більше, ніж період повторення імпульсів, а релаксаційні процеси мають повільний характер (при швидкій релаксації резонансна характеристика, відповідна паузі, була б «розмазана») Межі дозволу в часі визначаються постійної часу резонатора

Puc 2 Фотографія індикатора при впливі періодичних імпульсів на СЕ конденсатор, включений в резонатор

Fig 2 Photo of indicator at periodical pulses application to varactors included in resonator

Експериментальна перевірка запропонованої методики була проведена для плоскопаралельних МДМ конденсаторів на основі СЕ плівки [4] Величина залишкової ємності після закінчення дії імпульсу визначалася через АС = Соо-Сот – різниця між величиною початкової ємності і величиною ємності в кінці паузи Залежності при різних величинах імпульсної напруги і різних його полярностях наведені на рісЗ, а зміна осту

точну ємності при збільшенні часу паузи – на рісЗЬ Сильний вплив полярності імпульсів на ці величини можна повязати з асиметрією структури дослідженого МДМ конденсатора і, зокрема, різними значеннями робіт виходу для різних електродів (платина і мідь) Характерно також і наявність зламу на залежності АС / С (Т), що говорить про різні механізми релаксації

Рис 3 Залежності АС / С (0) від амплітуди імпульсу (а) і від часу паузи (Ь)

Fig 3 Dependencies of АС / С (0) on pulse amplitude

III                                  Висновок

Резонансний метод вимірювання часів повільної релаксації діелектричної проникності конденсаторів на основі сегнетоелектричних плівок дозволяє проводити вимірювання при різних длительностях імпульсів і періодах їх повторення і забезпечує досить високу точність

Робота виконана за підтримки програми «Розвиток наукового потенціалу вищої школи (2006 – 2008 роки)», проект РНП 2127083

[ЦА В Kozyrev, VN Keis, G Koepf, R Yandrofsi

[2]  Yu A Boii^ov, B IVI Goitsman, V K Yarmarkin and V V Lemanov Slow capacitance relaxation in (BaSr) TiOsthin films due to the oxygen vacancy redistribution App Phys Lett, 2001, 78, p 3866

[3] O Г Вендік, A І Дедик, PB Дмитрієва, A Я Зай-ончковскій та ін Гістерезис діелектричної проникності титанату стронцію при 42 К ФТТ, 1984, 26, випЗ,

с 684

[4] Г Б Самойлова, А Б Козирєв, А В Тумаркин, А М Ніколаєнко та ін Перетворювач частоти діапазону СВЧ на нелінійному сегнетоелектричної конденсаторі ЖТФ, 2005, 75 вип 10, с 89

MEASUREMENTS OF SLOW RELAXATION TIMES OF FERROELECTRIC FILMS BY MEANS OF RESONANCE METHOD

Kozyrev A B, Gaidukov M М,

Gagarin A G, Altynnikov A G

St-Petersburg Electrotechnical University (LETI)

5,        Prof Popov Str, St Petersburg, 197376, Russia Ph: (812) 2344809, e-mail: mcl@eltechru

Abstract – Measurements of slow relaxation times of ferroelectric (FE) films by resonance method under periodical voltage pulses is considered

I                                         Main Part

There is a phenomenon of slow capacitance relaxation after voltage application of FE film-based varactors Method of measurement of slow relaxation time by resonance characteristic of resonator with FE varactor included under application of periodical pulses of control voltage is proposed Two-resonance peaks that correspond to capacitance values at voltage pulse and at pulse pause are observed at indicator screen simultaneously because of sweeping time of generator is much more than a period of voltage pulses Accuracy of time measurement is provided at 10 ° s Experimental results measured at sandwich FE varactors are presented Strong dependence of relaxation time on voltage amplitude and voltage polarity is observed

II                                        Conclusion

Resonance method of measurement of slow relaxation time of FE film-based varactors allows measuring at different pulse and pause time and provides sufficient accuracy

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р