Анизотропия деформации плаcтин монокристаллов ниобата лития Y + 128°–среза с бидоменной структурой


https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-2-95-102

Полный текст:


Аннотация

Бидоменные монокристаллы ниобата лития (LiNbO3) и танталата лития (LiTaO3) являются перспективным материалом для создания на их основе актюаторов, механоэлектрических преобразователей и сенсоров, способных работать в широком диапазоне температур. При изготовлении таких устройств необходимо учитывать анизотропию свойств используемого материала. Исследованы деформации бидоменных пластин ниобата лития Y + 128°-среза круглой формы под действием внешнего электрического поля. Рассчитаны угловые зависимости пьезоэлектрических модулей кристаллов ниобата и танталата лития и построены их графики для срезов, используемых при изготовлении пластин с бидоменной сегнетоэлектрической структурой. Стационарным внешним нагревом и длительным отжигом с аутдиффузией лития сформированы бидоменные структурыв круглых пластинах ниобата лития. Методом оптической микроскопии получены зависимости перемещения краев бидоменных кристаллов от угла поворота вокруг нормалей пластин при центральном точечном закреплении и приложении внешнего электрического поля. Проведено моделирование формы деформированной пластины в предположении квадратичной зависимости перемещения краев от радиального расстояния до точки закрепления. Сделан вывод о седлообразном характере деформации бидоменной пластины Y + 128°-среза при приложении постоянной разности потенциалов.


Об авторах

И. В. Кубасов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Кубасов Илья Викторович инженер, аспирант

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049



А. В. Попов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»; АО «Оптрон»
Россия

Попов Айаал Вячеславович— магистрант; инженер

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049;ул. Щербаковская, д. 53, Москва, 105187



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

Быков Александр Сергеевич — кандидат технических наук, доцент

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049



А. А. Темиров
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Темиров Александр Анатольевич — инженер, аспирант

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049



А. М. Кислюк
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Кислюк Александр Михайлович — магистрант

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049



Р. Н. Жуков
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Жуков Роман Николаевич — инженер

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049



Д. А. Киселев
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Киселев Дмитрий Александрович — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049



М. В. Чичков
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Чичков Максим Владимирович — инженер, аспирант

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049

 



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

Малинкович Михаил Давыдович — кандидат физико-математических наук, доцент

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049



Ю. Н. Пархоменко
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Пархоменко Юрий Николаевич — доктор физико-математических наук, профессор

Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049



Список литературы

1. Volk, T. R. Lithium niobate: defects, photorefraction and ferroelectric switching. In: Springer Series in Materials Science. V. 115 / R. Volk, M. Wöhlecke. - Berlin ; Heidelberg: Springer, 2009. - 260 p. DOI: 10.1007/978-3-540-70766-0

2. Arizmendi, L. Photonic applications of lithium niobate crystals / L. Arizmendi // Phys. Status Solidi (a). - 2004. - V. 201, N 2. - P. 253—283. DOI: 10.1002/pssa.200303911

3. Wooten, E. L. A review of lithium niobate modulators for fiber-optic communications systems / E. L. Wooten, K. M. Kissa, A. Yi-Yan, E. J. Murphy, D. A. Lafaw, P. F. Hallemeier, D. Maack, D. V. Attanasio, D. J. Fritz, G. J. McBrien, D. E. Bossi // IEEE Journal of selected topics in Quantum Electronics. - 2000. - V. 6, N 1. - P. 69—82. DOI: 10.1109/2944.826874

4. Gualtieri, J. G. Piezoelectric materials for acoustic wave applications / J. G. Gualtieri, J. A. Kosinski, A. Ballato // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. - 1994. - V. 41, N 1. - P. 53—59. DOI: 10.1109/58.265820

5. Scott, J. F. Ferroelectric memories In: Springer Series in Advanced Microelectronics. V. 3 / J. F. Scott. - Berlin ; Heidelberg: Springer, 2000. - 248 p. DOI: 10.1007/978-3-662-04307-3

6. Cross, L. E. Ferroelectric materials for electromechanical transducer applications / L. E. Cross // Materials Chemistry and Physics. - 1996. - V. 43, N 2. - P. 108—115. DOI: 10.1016/02540584(95)01617-4

7. Lu, Y. L. Formation mechanism for ferroelectric domain structures in a LiNbO3 optical superlattice / Y. L. Lu, Y. Q. Lu, X. F. Cheng, G. P. Luo, C. C. Xue, N. B. Ming // Appl. Phys. Lett. - 1996. - V. 68, N 19. - P. 2642—2644. DOI: 10.1063/1.116267

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

9. Grilli, S. Investigation on reversed domain structures in lithium niobate crystals patterned by interference lithography / S. Grilli, P. Ferraro, S. de Nicola, A. Finizio, G. Pierattini, P. de Natale, M. Chiarini // Optics Express. - 2003. - V. 11, N 4. - P. 392—405. DOI: 10.1364/OE.11.000392

10. Dierolf, V. Direct-write method for domain inversion patterns in LiNbO3 / V. Dierolf, C. Sandmann // Appl. Phys. Lett. - 2004. - V. 84, N 20. - P. 3987—3989. DOI: 10.1063/1.1753057

11. Zhang, X. Domain switching and surface fabrication of lithium niobate single crystals / X. Zhang, X. Dongfeng, K. Kenji // J. Alloys and Compounds. - 2008. - V. 499, N 1–2. - P. 219—223. DOI: 10.1016/j.jallcom.2006.02.091

12. Nutt, A. C. Domain inversion in LiNbO3 using direct electron — beam writing / A. C. Nutt, V. Gopalan, M. C. Gupta // Appl. Phys. Lett. - 1992. - V. 60, N 23. - P. 2828—2830. DOI: 10.1063/1.106837

13. Miyazawa, S. Ferroelectric domain inversion in Ti-diffused LiNbO3 optical waveguide / S. Miyazawa // J. Appl. Phys. - 1979. - V. 50, N 7. - P. 4599—4603. DOI: 10.1063/1.326568

14. Rosenman, G. Diffusion-induced domain inversion in ferroelectrics / G. Rosenman, V. D. Kugel, D. Shur // Ferroelectrics. - 1995. - V. 172, N 1. - P. 7—18. DOI: 10.1080/00150199508018452

15. Chen, J. Influence of growth striations on para-ferroelectric phase transitions: Mechanism of the formation of periodic laminar domains in LiNbO3 and LiTaO3 / J. Chen, Q. Zhou, J. F. Hong, - V. 66, N 1. - P. 336—341. DOI: 10.1063/1.343879

16. Malinkovich, M. D. Formation of a bidomain structure in lithium niobate wafers for beta-voltaic alternators / M. D. Malinkovich, A. S. Bykov, I. V. Kubasov, D. A. Kiselev, S. V. Ksenich, R. N. Zhukov, A. A. Temirov, N. G. Timushkin, Yu. N. Parkhomenko // Russian Microelectronics. - 2016. - V. 45, N 8. - P. 582—586. DOI: 10.1134/S1063739716080096

17. Kugel, V. D. Domain inversion in heat-treated LiNbO3 crystals / V. D. Kugel, G. Rosenman // Appl. Phys. Lett. - 1993. - V. 62, N 23. - P. 2902—2904. DOI: 10.1063/1.109191

18. Kubasov, I. V. Bidomain structures formed in lithium niobate and lithium tantalate single crystals by light annealing / I. V. Kubasov, A. M. Kislyuk, A. S. Bykov, M. D. Malinkovich, R. N. Zhukov, D. A. Kiselev, S. V. Ksenich, A. A. Temirov, N. G. Timushkin, Yu. N. Parkhomenko // Crystallography Reports. - 2016. - V. 61, N 2. - P. 258—262. DOI: 10.7868/S0023476116020120

19. 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

20. Kubasov, I. Bimorph single crystalline piezoelectric actuators for scanning probe microscopy / I. Kubasov, M. Malinkovich, A. Bykov, D. Kiselev, A. Temirov, S. Ksenich // 24th Internat. Conf. on Materials and Technology. - Portorož (Slovenia), 2016. - P. 124.

21. Blagov, A. E. An electromechanical X-ray optical element based on a hysteresis-free monolithic bimorph crystal / A. E. Blagov, A. S. Bykov, I. V. Kubasov, M. D. Malinkovich, Yu. V. Pisarevskii, A. V. Targonskii, I. A. Eliovich, M. V. Kovalchuk // Instruments and Experimental Techniques. - 2016. - V. 59, N 5. - P. 728—732. DOI: 10.1134/S0020441216050043

22. Kubasov, I. A novel high-temperature vibration sensor based on bidomain lithium niobate crystal / I. Kubasov, A. Kislyuk, M. Malinkovich, D. Kiselev, M. Chichkov, S. Ksenich, A. Temirov, A. Bykov, Yu. Parkhomenko // 7th International Advances in Applied Physics and Materials Science Congress and Exhibition. - Oludeniz (Turkey), 2017. - P. 147.

23. Vidal, J. Equivalent magnetic noise in magnetoelectric laminates comprising bidomain LiNbO3 crystals / J. Vidal, A. V. Turutin, I. V. Kubasov, M. D. Malinkovich, Yu. N. Parkhomenko, S. P. Kobeleva, A. L. Kholkin, N. A. Sobolev // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. - 2017. - V. PP, N 99. P. 1-1. DOI: 10.1109/TUFFC.2017.2694342

24. Kubasov, I. V. Interdomain region in single-crystal lithium niobate bimorph actuators produced by light annealing / I. V. Kubasov, M. S. Timshina, D. A. Kiselev, M. D. Malinkovich, A. S. Bykov, Yu. N. Parkhomenko // Crystallography Reports. - 2015. - V. 60, N 5. - P. 700—705. DOI: 10.1134/S1063774515040136

25. Nakamura, K. Bending vibrator consisting of a LiNbO3 plate with a ferroelectric inversion layer / K. Nakamura, H. Ando, H. Shimizu // Jpn. J. Appl. Phys. - 1987. - V. 26, N S2. - P. 198—200. DOI: 10.7567/JJAPS.26S2.198

26. Nakamura, K. Hysteresis-free piezoelectric actuators using LiNbO3 plates with a ferroelectric inversion layer / K. Nakamura, H. Shimizu // Ferroelectrics. - 1989. - V. 93, N 1. - P. 211—216. DOI: 10.1080/00150198908017348

27. Crawley, E. F. Induced strain actuation of isotropic and anisotropic plates / E. F. Crawley, K. B. Lazarus // AIAA Journal. - 1991. - V. 29, N 6. - P. 944—951. DOI: 10.2514/3.10684

28. Bent, A. A. Anisotropic actuation with piezoelectric fiber composites / A. A. Bent, N. W. Hagood, J. P. Rodgers // J. Intell. Mater. Syst. and Struct. - 1995. - V. 6, N 3. - P. 338—349. DOI: 10.1177/1045389X9500600305

29. Huang, G. L. The dynamic behaviour of a piezoelectric actuator bonded to an anisotropic elastic medium / G. L. Huang, C. T. Sun // Internat. J. Solids and Struct. - 2006. - V. 43, N 5. - P. 1291—1307. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2005.03.010

30. Warner, A. W. Determination of elastic and piezoelectric constants for crystals in class (3m) / A. W. Warner, M. Onoe, G. A. Coquin // The Journal of the Acoustical Society of America. - 1967. - V. 42, N 6. - P. 1223—1231. DOI: 10.1121/1.1910709

31. Shur, V. Y. Hysteresis-free high-temperature precise bimorph actuators produced by direct bonding of lithium niobate wafers / V. Y. Shur, I. S. Baturin, E. A. Mingaliev, D. V. Zorikhin, A. R. Udalov, E. D. Greshnyakov // Appl. Phys. Lett. - 2015. - V. 106, N 5. - P. 053116. DOI: 10.1063/1.4907679

32. Smits, J. G. The constituent equations of piezoelectric bimorphs / J. G. Smits, S. I. Dalke, T. K. Cooney // Sensors and Actuators A: Physical. - 1991. - V. 28, N 1. - P. 41—61. DOI: 10.1016/09244247(91)80007-C

33. Nassau, K. The domain structure and etching of ferroelectric lithium niobate / K. Nassau, H. J. Levinstein, G. M. Loiacono // Appl. Phys. Lett. - 1965. - V. 6, N 11. - P. 228—229. DOI: 10.1063/1.1754147


Дополнительные файлы

Для цитирования: Кубасов И.В., Попов А.В., Быков А.С., Темиров А.А., Кислюк А.М., Жуков Р.Н., Киселев Д.А., Чичков М.В., Малинкович М.Д., Пархоменко Ю.Н. Анизотропия деформации плаcтин монокристаллов ниобата лития Y + 128°–среза с бидоменной структурой. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2016;19(2):95-102. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-2-95-102

For citation: Kubasov I.V., Popov A.V., Bykov A.S., Temirov A.A., Kislyuk A.M., Zhukov R.N., Kiselev D.A., Chichkov M.V., Malinkovich M.D., Parkhomenko Y.N. Deformation anisotropy of Y + 128° –cut single crystalline bidomain wafers of lithium niobate. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2016;19(2):95-102. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2016-2-95-102

Просмотров: 53

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)