|
| |
|
Слаботочка Книги Коэффициент а в формуле (1.3) для поликристаллических материалов существенно выше, чем для монокристаллов, и вклад в tg б с этим коэффициентом является определяющим. Кроме того, для керамики к трем членам выражения (1.3) добавляется новый - затухание, величина которого обратно пропорциональна частоте. Затухание связано с наличием границ кристаллических участков. На межкристаллитных границах существенными являются механизмы дипольной релаксации примесных пар и релаксации поляризации пространственных зарядов в граничном слое между зернами. Вклад в tg б от этого механизма затухания пропорционален выражению \1(Т - Тт Поэтому при описании tg б на фиксированной частоте вклад межкристаллитной релаксации может быть формально включен в первый член формулы (1.3). Когда имеется ограниченный объем диэлектрика и к нему наряду со слабым полем СВЧ приложено статическое электрическое поле, возможно затухание из-за пьезоэлектрического резонанса объема. Это явление состоит в том, что в присутствии статического поля образуется наведенный пьезоэффект, который преобразует энергию внешнего поля в энергию гиперзвука. Особенно важно учитывать этот эффект при работе с пленочными образцами. Нелинейность ионно-деформационной поляризации особенно велика в параэлектриках типа смещения. Как и все другие аномалии свойств сегнетоэлектриков, нелинейность поляризации объясняется неустойчивостью кристаллической решетки к одной из поперечных оптических мод колебаний. Воздействие внешнего электрического поля на сегнетоэлектрическую моду колебаний приводит к зависимости проницаемости кристалла от напряженности электрического поля. Для аналитического описания нелинейности е {Е) в не очень сильных электрических полях (Е < проб = 15 кВ/мм) с достаточной для практики точностью получена следующая формула [92]: 8 (Е, Л = е (О, Г) [ 1 + 27В80 (О, Т) ЕТ°-\ (1.4) Даже небольшие добавки титаната бария в титанат стронция приводят к появлению в твердом растворе (Ъг.х?>г\х) ТЮз при О < л; < 1 сегнетоэлектрического фазового перехода. По данным работы [105], твердый раствор z х = 0,01 имеет максимум В температурной зависимости диэлектрической проницаемости при То = 17 К, а раствор с л: = 0,05 - при То = 40 К. Зависимость 8 (Т) для твердых растворов (Ва;с5г1 л:)ТЮз подчиняется закону Кюри-Вейса (см. формулу (1.1)). Отклонение зависимости 1/е (Т) от прямой начинается вблизи фазового перехода. Отклонение от закона Кюри-Вейса у керамики этого состава обычно рассматривается как вступление в область размытого фазового перехода. Зависимость температуры перехода от концентрации титаната бария представляется прямой линией с наклоном 3,6 К/(мол %). В интервале концентраций х = 0,01...0,1 эта зависимость сильнее. Уменьшение с увеличением концентрации титаната стронция в (Вад;5г1 ;с)ТЮз объясняют уменьшением объема элементарной ячейки из-за меньшего радиуса замещающего иона, тот же эффект достигается за счет гидростатического давления, причем при смещении в сторону низких температур. Твердые растворы (Ва,8г1 д;)Т{Оз получают обычно при 1300 °С смешиванием в соответствующих молярных соотношениях ВаСОз, ЗгСОз, TiOg. Танталат калия так же, как и титанат стронция, является потенциальным сегнетоэлектриком, т. е. при низкой температуре его кристаллическая решетка стабилизируется ангармонизмом флуктуации нулевой точки. При обычных условиях он имеет кубическую структуру. В отличие от титаната стронция при охлаждении до О К чистый танталат калия не испытывает структурных фазовых переходов. Частота мягкой моды в КТаОз выше, чем у титаната стронция, следовательно, дисперсия диэлектрической проницаемости проявляется на более высоких частотах. Диэлектрическая проницаемость при температуре 35...40 К изменяется пропорционально (Т - Гс)~, достигая значения е = 220 при комнатной температуре. Ниже температуры Г < 40 К диэлектрическая проницаемость увеличивается медленнее, достигая насыщения в области температур 10...О К при 8 = 4000...5000. Из параэлектриков более сложного состава с нелинейными свойствами на СВЧ можно использовать также тройные окислы типа маг-Еониобата свинца РЬМ§./,НЬ2/Рз; РЬ2п1/,ЫЬ2/Рз; PbNi.NbvPs и др. Для оценки применимости нелинейных диэлектриков в ДР, работающих при больших мощностях, большое значение имеет их теплопроводность. Теплопроводность монокристалла титаната стронция К = (150... 250) 10~ Вт/(см К) в диапазоне температур 20...300 К. Ниже температуры 20 К теплопроводность понижается и при температуре 4,3 К равна 20- 10~ Вт/(см К). Теплопроводность в диапазоне температур 4...30 К существенно зависит от напряженности внешнего электрического поля смещения. Теплопроводность других рассматриваемых материалов близка к теплопроводности титаната стронция Относительная диэлектрическая проницаемость и to л монокристаллов, изготовленных из одного исходного материала (титаната стронция), имеют следующий технологический разброс для разных температур: Г 290-315 1900-2200 21 000- 28 ООО Т, К 300 78 4,2 tg6 (1,3-2,5)X (4-9) IQ- -X 10- Зависимости 8д(Т) и tg б (Г) для образцов из титаната стронция построены на рис. 1.1, а, зависимость tg б (Т) для монокристаллов (Вад;5г1 д; )ТЮз и варикондовой пленки типа КН1-6  tgtr 120 гоо т,к а
гоо ioo BOO т,и 5  0,8 0,В OA о,г
-BS -ifS -25 20 Е,нВ1ем Рис. 1.1. Зависимости диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь монокристалла титаната стронция (tg6i при / = = 10 ГГц; tg62 при /= 0,2 МГц) (а), зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от температуры монокристалла (ВадЗГ( ТЮз зависимость диэлектрической проницаемости от температуры варикондовой пленки типа КН1-6 при различных напряженнос-тях электрического поля (в) и зависимость относительной диэлектрической проницаемости монокристаллов титаната стронция (сплошные линии) и пленок типа КН1-6 (штриховые линии) от напряженности электрического поля (г) 1 2 3 [4] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 |