Спосіб електроакустичної обробки п’єзоелектричних кристалічних матеріалів

Спосіб електроакустичної обробки п'єзоелектричних кристалічних матеріалів шляхом монохроматичного підсвічування кристала та прикладання змінного електричного поля на визначених частотах f, який відрізняється тим, що для кристала послідовно вимірюють спектри фотоструму I() при однакових умовах, перетворюють отриману послідовність спектрів фотоструму в пакет параметричних сигнатур I()-dI/d, за найбільшим розмиттям фазових траєкторій яких встановлюють спектральні області нестійкості фотовідклику i, з максимуму відповідної i, підсвічують кристал та вимірюють залежність коефіцієнта нелінійних спотворень Kg від частоти зовнішнього гармонічного поля Kg(f)i та вибирають частоти f0, f1...fn, для яких залежність коефіцієнта нелінійних спотворень Kg від напруженості зовнішнього гармонічного поля носить надлінійний характер, шляхом суперпозиції частот {f0, f1...fn} з відповідними до значень коефіцієнта нелінійних спотворень Кg амплітудами {U0,U1...Un} синтезують вейвлетоподібне збурення: Ui(t)=U0sin(0t+)+U1sin(1t+)+...+Unsin(nt+), Винахід відноситься до матеріалознавства, а саме функціональних матеріалів. Він також може використовуватись в п'єзоелектроніці, напівпровідниковому приладобудуванні та сенсорній електроніці. Відомі способи електроакустичної обробки, в основу яких покладено проходження акустичної хвилі через кристал (И.В.Островский, О.А.Коротченков, В.А.Лысых «Отжиг точечных дефектов ультразвуком в твердых телах», ФТТ, т.29, в.7, с.2153-2155; И.В.Островский «Акустофотопроводимость кристаллов ZnS», ФТТ, т.25, в.1, с.259-261). Однак їм притаманні такі недоліки: 1) непрогнозованість процесу обробки кристала; 2) значні витрати часу на закріплення перетворювачів та створення акустичного контакту; 3) неможливість обробки кристалів складної геометричної форми; 4) відсутність обґрунтованості показників та параметрів обробки; 5) трудомісткість. Найбільш близьким за технічним змістом є спосіб електроакустичної обробки, в якому кристал монохроматично підсвічують, збуджують найбільш нестабільні власні пружні коливання та вимірюють при цьому їх частоти, амплітуди та стабільність в часі (Деклараційний патент на винахід № 62757А t 0i для якого  Ui t dt  0 , де t 0i - період коливань (13) 93947 (19) UA (11) найменшої з частот f0, підсвічують кристал з максимуму відповідної спектральної області нестійкості фотовідклику i та здійснюють його обробку змінним електричним полем у формі послідовності вейвлетоподібних збурень Uі(t), з періодом слідування Ti=t0i+i, де i - стала часу кінетики фотоструму при довжині хвилі фотозбудження, що відповідає максимуму спектральної області нестійкості фотовідклику i, до досягнення необоротного зменшення енергії, що забирається від генератора, більш ніж в е =2,71 раз на кожній з частот {f0, f1...fn} для кожної i. C2 0 3 Україна, МКІ 7H01L21/00, H01L21/263, 2003р., Бюл. №12). Даному способу також притаманні такі недоліки: 1) ефект демпфування сусідніх масштабів; 2) відсутність стимуляції еволюції пружних та електричних полів дефектів певного типу і масштабу, які функціонально є областями не лінійності та породжують нестабільность в п'єзоелектричних кристалах; 3) збудження різних областей нелінійності, оскільки неузгоджена форма та масштаб електроакустичного збудження з конфігурацією пружних та електричних полів структурних неоднорідностей. В основу винаходу покладено задачу підвищення ефективності обробки та розширення функціональних можливостей відомого способу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі електроакустичної обробки п'єзоелектричних кристалічних матеріалів послідовно вимірюють спектри фотоструму І() при однакових умовах та перетворюють отриману послідовність спектрів в пакет параметричних сигнатур I()-dI/d. По найбільшому розмиттю фазових траєкторій параметричних сигнатур I()-dI/d встановлюють спектральні області нестійкості фотовідклику i, з максимуму відповідної спектральної області нестійкості фотовідклику i підсвічують кристал і вимірюють залежність коефіцієнта нелінійних спотворень від частоти зовнішнього гармонічного поля Кg(f)i та вибирають частоти f0,f1...fn для яких залежність коефіцієнта Кg від напруженості зовнішнього гармонічного поля носить надлінійний характер. Шляхом суперпозиції частот {f0,f1...fn} з відповідними до значень коефіцієнта Kg амплітудами {U0,U1...Un} синтезують вейвлетоподібне збурення Ui(t)=U0sin(0t+)+U1sin(1t+)+...+Unsin(nt+), t 0i для якого  Ui t dt  0 , 0 де t 0i - період коливань найменшої з частот f0. Далі, кристал підсвічують з максимуму відповідної спектральної області нестійкості фотовідклику i та здійснюють його обробку змінним електричним полем у формі послідовності вейвлетоподібних збурень Ui(t), з періодом слідування Ti=t0i+i, де i - стала часу кінетики фотоструму при довжині хвилі фотозбудження, що відповідає максимуму спектральної області нестійкості фотовідклику i, до досягнення необоротного зменшення енергії, що забирається від генератора, більш ніж в e (2,71) раз на кожній з частот {f0, f1...fn} для кожної i. На відміну від відомого способу, обраного за прототип, в запропонованому способі електроакустичної обробки п'єзоелектричних кристалічних матеріалів відбувається синхронізація зовнішніх та внутрішніх електричних полів за рахунок впливу вейвлетоподібного збурення, яке сформоване шляхом суперпозиції частот {f0, f1...fn} зовнішнього впливу для яких залежність коефіцієнта Kg від напруженості зовнішнього гармонічного поля носить надлінійний характер. При цьому узгодженість форми та масштабу такого електроакустичного збудження з конфігурацією пружних та електричних полів структурних неоднорідностей дозволяє 93947 4 зменшити демпфуючий ефект близьких масштабів, досягти селективності впливу та здійснити стимуляцію еволюції внутрішніх пружних і електричних полів структурних неоднорідностей, які є областями нелінійності та нестабільності в п'єзоелектричних кристалах, і тим самим самоузгоджено перебудувати внутрішні поля. Цьому сприяє фотопластичний ефект, що виникає при підсвічуванні кристала з максимуму відповідної спектральної області нестійкості фотовідклику. Така обробка суттєво покращує стійкість характеристик п'єзоелектричних кристалічних матеріалів, а також підвищує стабільність фізичних параметрів кристалів. Можливість вимірювання необоротного зменшення енергії, яка забирається від джерела, дозволяє контролювати хід обробки. На Фіг.1 зображено блок-схему пристрою для електроакустичної обробки, на Фіг.2 - спектр фотоструму I() до обробки, на Фіг.3 - спектр фотоструму I() після обробки, на Фіг.4 - параметрична сигнатура I()-dI/d спектру I() до обробки, на Фіг.5 - параметрична сигнатура І()-dI/d спектру I() після обробки. Блок-схема пристрою для електроакустичної обробки п'єзоелектричних кристалічних матеріалів, складається з генератора сигналів довільної форми 1, електрометричного підсилювача 2, вимірювача нелінійних спотворень 3, персонального комп'ютера 4, який здійснює управління генератором сигналів довільної форми, а також аналогоцифрове перетворення та аналіз даних з вимірювача нелінійних спотворень, кристалотримача 5, між електродами якого встановлюється кристал 6 та електроди якого під'єднані до електрометричного підсилювача 2, монохроматора 7 та джерела світла 8. Спосіб здійснюють при нормальних умовах на установці, блок-схема якої зображена на Фіг.1. Для цього кристал 6 помішують в кристалотримач 5. З генератора сигналів довільної форми 1 вейвлетоподібне збурення подають на електроди кристалотримача. Для електроакустичної обробки змінним електричним полем у формі послідовності вейвлетоподібних збурень виконують наступні операції: а) послідовно вимірюють спектри фотоструму I() в однакових умовах за допомогою джерела світла 8, монохроматора 7, генератора сигналів довільної форми 1 переведеного в режим постійного струму, електрометричного підсилювача 2 та комп'ютера 4; б) перетворюють отриману послідовність спектрів в пакет параметричних сигнатур I()-dI/d, по найбільшому розмиттю фазових траєкторій сигнатур I()-dI/d встановлюють спектральні області нестійкості фотовідклику i; в) підсвічують кристал 6 за допомогою джерела світла 8 та монохроматора 7 з максимуму відповідної спектральної області нестійкості фотовідклику i та змінюють частоту гармонічного сигналу, яку контролюють за допомогою генератора сигналів довільної форми 1 і комп'ютера 4 та вимірюють залежність коефіцієнта нелінійних спотворень Kg(f)i від частоти f зовнішнього гармонічного поля за допомогою вимірю 5 вача нелінійних спотворень 3; г) з отриманої залежності Kg(f)i вибирають частоти f0, f1...fn для яких залежність коефіцієнта Kg від напруженості зовнішнього гармонічного поля носить надлінійний характер; д) частоти {f0, f1...fn} та відповідні їм значення коефіцієнта Кg передають до генератору сигналів довільної форми 1 для синтезу вейвлетоподібного збурення Uі(t) шляхом суперпозиції частот {f0, f1...fn} з відповідними до значень коефіцієнта Kg амплітудами {U0,U1…Un}; e) здійснюють обробку кристала змінним електричним полем у формі послідовності вейвлетоподібних збурень Uі(t) за допомогою генератора сигналів довільної форми 1 і комп'ютера 4, одночасно підсвічують кристал 6 за допомогою джерела світла 8 та монохроматора 7 з максимуму відповідної спектральної області нестійкості фотовідклику i. При цьому напруженість поля Е в кристалі не повинна перевищувати критичного рівня Екр, який відповідає початку флуктуацій фотоструму. Обробку припиняють досягнувши необоротного зменшення енер 93947 6 гії, що забирається від джерела, більш ніж в e (2,71) раз на кожній з частот {f0, f1...fn} для кожної i. Таким чином, в результаті електроакустичної обробки кристала шляхом самоузгодження форми та масштабу вейвлетоподібного збурення з конфігурацією тих пружних та електричних полів структурних неоднорідностей, які функціонально є областями нелінійності та породжують нестабільность в п'єзоелектричних кристалах, досягають стимуляції еволюції пружних та електричних полів дефектів певного типу і масштабу, усуваючи ефект демпфування сусідніх масштабів. Це обумовлює необоротну зміну електрофізичних параметрів та характеристик кристала, зокрема покращення стабільності діелектричних параметрів в часі, зменшення діелектричних втрат та збільшення фоточутливості. Крім того відпадає необхідність термічного впливу на кристал та надається можливість обробки кристалів складної геометричної форми. 7 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 93947 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601