Формирование заряженных микро- и нанодоменных стенок в монокристаллах ниобата лития с модифицированной проводимостью : магистерская диссертация

Abstract

The formation of the micro- and nanodomain structures during polarization reversal has been studied in single crystal lithium niobate with inhomogeneously modified conductivity. It is well known that the vacuum annealing and plasma-source ion irradiation of the lithium niobate crystals leads to sufficient increase of the bulk conductivity due to out-diffusion of the oxygen from the sample surface. Creation of layers with modified conductivity leads to inhomogeneous distribution of applied electric field in bulk of ferroelectric crystals. Polarization reversal in such a crystals permits to localize charged domain walls in the bulk. Methods of creation of charged domain walls can be used for the construction of the waveguide structures, optical modulators and resonators. The main conclusions of the work: 1) It was shown that plasma-source ion irradiation and vacuum annealing leads to inhomogeneous change of absorption and increase of the conductivity, which can be attributed to the out-diffusion of oxygen and lithium segregation in the surface layer of crystal. 2) Inhomogeneous distribution of electric field in the bulk of modified crystals leads to significant decrease of switched layer thickness. 3) Effect of formation and growth of non-through domains with charged domain walls has been revealed. 4) Analysis of switching current by modified Kolmogorov-Avraami formula permit to determine mobility of domain wall and threshold filed of polarization reversal.

Целью работы являлось экспериментальное исследование формирования микро- и нанодоменных структур в монокристаллах ниобата лития с неоднородно модифицированной проводимостью. Известно, что обработка воздействием низкоэнергетичного ионно-плазменного облучения и восстановительного отжига приводит к резкому увеличению проводимости кристаллов за счёт аут-диффузии кислорода с поверхности. Создание слоёв с измененной проводимостью приводит к неоднородному распределению электрического поля в объёме сегнетоэлектрических кристаллов, что позволяет создавать внутри-объёмные заряженные доменные структуры при переключении поляризации. Методы создания заряженных доменных структур используются для создания элементов интегральных оптических устройств: волноводных структур, оптических модуляторов и резонаторов. Основные выводы работы: 1) Показано, что ионно-плазменное облучение и восстановительный отжиг кристаллов приводят к неоднородному изменению поглощения и увеличению проводимости, что может быть отнесено за счёт аут-диффузии кислорода и сегрегации лития в поверхностном слое. 2) Установлено, что неоднородное распределение электрического поля в объёме модифицированных кристаллов приводит к значительному понижению порогового поля переключения поляризации, за счёт уменьшения толщины переключаемого слоя. 3) Впервые обнаружен и изучен эффект формирования и роста несквозных доменов с заряженными доменными стенками. 4) Анализ тока переключения модифицированной формулой Колмогорова-Аврами позволил определить подвижность доменной стенки и пороговое поле начала переключения.