ФОРМИРОВАНИЕ БИДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ В ПЛАСТИНАХ НИОБАТА ЛИТИЯ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ БЕТА–ВОЛЬТАИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


https://doi.org/10.17073/1609-3577-2015-4-255-260

Полный текст:


Аннотация

Рассмотрена возможность увеличения эффективности бета−вольтаического генератора за счет применения в качестве пьезоэлектрического преобразователя монокристаллического биморфного элемента из ниобата лития. Известные бета−вольтаические генераторы переменного напряжения состоят из пьезоэлектрического кантилевера и источника −электронов. Причем кантилевер представляет собой упругий элемент, например из кремния, на который приклеен пьезоэлемент из пьезокерамики PZT. Предложено заменить структуру из кремниевой балки с пьезоэлементом на однородный кантилевер, представляющий собой тонкую пластину из бидоменного монокристалла ниобата лития. За счет этого одновременно увеличивается эффективность преобразования механических колебаний в электрическую энергию и добротность системы, стабильность рабочих параметров, а также существенно увеличивается (на несколько сот градусов) температурный диапазон функционирования. Подробно рассмотрено решение основной задачи — формирование бидоменной структуры в тонкой пластине ниобата лития. Предложен метод высокотемпературного отжига образца в неоднородном электрическом поле. Продемонстрирована возможность прогнозирования доменной структуры на основе разработанной модели. Получены образцы с глубиной залегания междоменной границы 120—150 мкм. При этом показано, что четкость границы зависит от разности потенциалов между полосчатыми электродами технологической ячейки и внешним электродом. Метод является эффективным для создания бидоменной структуры в пластине толщиной примерно до 300 мкм.


Об авторах

М. Д. Малинкович
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Малинкович Михаил Давыдович — кандидат физико-математических наук, доцент 

Ленинский просп., д. 4 , Москва, 119991



А. С. Быков
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Быков Александр Сергеевич — кандидат технических наук, доцент 

Ленинский просп., д. 4 , Москва, 119991



И. В. Кубасов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Кубасов Илья Викторович — инженер 1−й категории


Д. А. Киселев
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Киселев Дмитрий Александрович — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник


С. В. Ксенич
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Ксенич Сергей Владимирович — инженер 1−й категории;


Р. Н. Жуков
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Жуков Роман Николаевич — инженер 1−й категории


А. А. Темиров
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Темиров Александр Анатольевич — инженер 1−й категории


Н. Г. Тимушкин
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Тимушкин Никита Георгиевич — инженер 1−й категории


Ю. Н. Пархоменко
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Пархоменко Юрий Николаевич — доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой материаловедения полупроводников и диэлектриков


Список литературы

1. Yurchuk, S. Yu. Simulation the beta power sources characteristics / S. Yu. Yurchuk, S. A. Legotin, V. N. Murashev, A. A. Krasnov, Yu. K. Omel’chenko, Yu. V. Osipov, S. I. Didenko, O. I. Rabinovich // J. Nano− and Electronic Phys. − 2015. − V. 7, N 3. − P. 03014−1—03014−5.

2. Murashev, V. N. Silicon betavoltaic batteries structures / V. N. Murashev, S. A. Legotin, O. I. Rabinovich, O. R. Abdulaev, U. V. Osipov // J. Nano− and Electronic Phys. − 2015. − V. 7, N 4. − P. 04034−1—04034−3.

3. Duggirala, R. Radioisotope thin−film fueled microfabricated reciprocating electromechanical power generator / R. Duggirala, R. G. Polcawich, M. Dubey, A. Lal // J. Microelectromechanical Systems. − 2008. − V. 17, N 4. − P. 837—849. DOI: 10.1109/JMEMS.2008.924854

4. Wang, Q.−M. Performance analysis of piezoelectric cantilever bending actuators / Q.−M. Wang, L. E. Cross // Ferroelectrics. − 1998. − V. 215, N 1. − P. 187—213. DOI: 10.1080/00150199808229562

5. Friend, J. A piezoelectric linear actuator formed from a multitude of bimorphs / J. Friend, A. Umeshima, T. Ishii, K. Nakamura, S. Ueha // Sensors and Actuators A: Physical. − 2004. − V. 109, N 3. − P. 242—251. DOI: 10.1016/j. sna.2003.10.040

6. Lal, A. Daintiest dynamos [nuclear microbatteries] / A. Lal, J. Blanchard // IEEE Spectrum. − 2004. − V. 41, N 9. − P. 36—41. DOI: 10.1109/MSPEC.2004.1330808

7. Lal, A. Pervasive power: a radioisotope−powered piezoelectric generator / A. Lal, R. Duggirala, H. Li // IEEE Pervasive Computing. − 2005. − V. 4, N 1. − P. 53—61. DOI: 10.1109/MPRV.2005.21

8. Duggirala, R. High efficiency  radioisotope energy conversion using reciprocating electromechanical converters with integrated betavoltaics / R. Duggirala, H. Li, A. Lal // Appl. Phys. Lett. − 2008. − V. 92, N 15. − P. 154104−1−3. DOI: 10.1063/1.2912522

9. Funasaka, T. Piezoelectric generator using a LiNbO3 plate with an inverted domain / T. Funasaka, M. Furuhata, Y. Hashimoto, K. Nakamura // IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings. − 1998. − V. 1. − P. 959—962.

10. Uchino, K. Monomorph characteristics in Pb(Zr,Ti)O3 based ceramics / K. Uchino, M. Yoshizaki, A. Nagao // Ferroelectrics. − 1989. − V. 95, N 1. − P. 161—164. DOI: 10.1080/00150198908245196

11. Nakamura, K. Ferroelectric domain inversion caused in LiNbO3 plates by heat treatment / K. Nakamura, H. Ando, H. Shimizu // Appl. Phys. Lett. − 1987. − V. 50, N 20. − P. 1413—1414. DOI: 10.1063/1.97838

12. Кубасов, И. В. Междоменная область в монокристаллических биморфных актюаторах на основе ниобата лития, полученных методом светового отжига / И. В. Кубасов, М. С. Тимшина, Д. А. Киселев, М. Д. Малинкович, А. С. Быков, Ю. Н. Пархоменко // Кристаллография. − 2015. − Т. 60, № 5. − С. 764—769. DOI: 10.7868/ S002347611504013X

13. Antipov, V. V. Formation of bidomain structure in lithium niobate single crystals by electrothermal method / V. V. Antipov, A. S. Bykov, M. D. Malinkovich, Y. N. Parkhomenko // Ferroelectrics. − 2008. − V. 374, N 1. − P. 65—72. DOI: 10.1080/00150190802427127

14. Gopalan, V. Defect−domain wall interactions in trigonal ferroelectrics / V. Gopalan, V. Dierolf, D. A. Scrymgeour // Annu. Rev. Mater. Res. − 2007. − V. 37. − P. 449—489. DOI: 10.1146/annurev. matsci.37.052506.084247

15. Niizeki, N. Growth ridges, etched hillocks, and crystal structure of lithium niobate / N. Niizeki, T. Yamada, H. Toyoda // Jap. J. Appl. Phys. − 1967. − V. 6, N 3. − P. 318—327.

16. Bykov, A. S. Formation of bidomain structure in lithium niobate plates by the stationary external heating method / A. S. Bykov, S. G. Grigoryan, R. N. Zhukov, D. A. Kiselev, S. V. Ksenich, I. V. Kubasov, M. D. Malinkovich, Yu. N. Parkhomenko // Russian Microelectronics. − 2014. − V. 43, N 8. − P. 536—542. DOI: 10.1134/S1063739714080034


Дополнительные файлы

Для цитирования: Малинкович М.Д., Быков А.С., Кубасов И.В., Киселев Д.А., Ксенич С.В., Жуков Р.Н., Темиров А.А., Тимушкин Н.Г., Пархоменко Ю.Н. ФОРМИРОВАНИЕ БИДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ В ПЛАСТИНАХ НИОБАТА ЛИТИЯ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ БЕТА–ВОЛЬТАИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2015;18(4):255-260. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2015-4-255-260

For citation: Malinkovich M.D., Bykov A.S., Kubasov I.V., Kiselev D.A., Ksenich S.V., Zhukov R.N., Temirov A.A., Timushkin N.G., Parkhomenko Y.N. FORMATION OF BIDOMAIN STRUCTURE IN LITHIUM NIOBATE WAFERS FOR BETAVOLTAIC ALTERNATORS. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2015;18(4):255-260. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2015-4-255-260

Просмотров: 114

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)