3.1.3 Генераторы динамических неоднородностей
Генерирование динамических неоднородностей в диэлектрических континуальных средах осуществляется физическими полями. В этом случае динамические неоднородности, как правило, не перемещаются в континуальной среде.
Информационный сигнал передается за счет изменения локальных физических свойств среды, прежде всего за счет локального приложения полей. Так, при приложении электрического поля к сегнетоэлектрику генерируется неоднородность в виде домена определенной поляризации. При приложении электромагнитного поля к сегнетоэлектрикам (например, KDP, ADP и др.) можно получить динамические неоднородности, способствующие линейному преобразованию падающего излучения.
В этом случае не имеет смысла говорить о каком-либо отдельном элементе - генераторе динамических неоднородностей.
3.1.4 Устройство управления динамическими неоднородностями
В приборах и устройствах диэлектрической электроники управление динамическими неоднородностями, как правило, носит статический характер и осуществляется с помощью меняющихся физических полей.
3.1.5 Детектирование динамических неоднородностей
В приборах и устройствах диэлектрической электроники детектором динамических неоднородностей является, как правило, локальная область, изменяющая свои свойства под действием физических полей. В этом случае имеет смысл говорить о распределенном детекторе.
3.2 ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
3.2.1 Общие положения
В приборах диэлектрической функциональной электроники используются, как правило, слоистые структуры. Слой активного диэлектрика используется для хранения или обработки информации, а ввод и детектирование информации осуществляется обычно в других слоях.
Например, в структурах сегнетоэлектрик-полупроводник используется эффект поля. В этом случае свойства полупроводника определяются состоянием поляризации сегнетоэлектрика.
Если сегнетоэлектрик деполяризован (Р = 0), то на границе раздела сегнетоэлектрик - n - полупроводник нет изгиба зон (рис. 3.4а). Собственный уровень Ферми ЕCF представляет собой прямую линию, а основные носители смешаны в полупроводнике с неосновными. При поляризации сегнетоэлектрика (-P) у границы раздела в полупроводниковом слое образуется слой накопления основных носителей. Происходит изгиб зон, включая уровень Ферми, и при этом поверхностная плотность больше объемной плотности (рис. 3.4.6).
Если переполяризовать сегнетоэлектрик (+P), то у границы раздела в полупроводнике образуется слой обеднения основными носителями. Зоны изогнуться в противоположную сторону и поверхностная плотность будет меньше объемной плотности зарядов (рис. 3.4.в).
Рис. 3.4 – Изменение свойств полупроводника при изменении поляризации сегнетоэлектрика
В таких структурах информация, соответствующая одному из направлений вектора спонтанной поляризации, может быть считана по изменению поверхностного потенциала полупроводника. Время перезаписи информации определяется временем переполяризации и составляет 10–6…10–7c. В таких слоистых средах большое значение имеют электрические поля в сегнетоэлектриках. Поле спонтанной поляризации должно быть меньше коэрцитивного. В этом случае энергия переключения знака поляризации меньше затрачиваемой энергии. Одновременно должно соблюдаться условие, при котором уровень коэрцитивного поля должен быть меньше уровня электрического пробивного поля. Это условие позволит производить переполяризацию сегнетоэлектрика без его разрушения.
Управляемость поверхностным потенциалом полупроводника в структуре типа металл-сегнетоэлектрик-полупроводник (МСЭП-структура) существенным образом зависит от качества границы раздела, от фиксированного в сегнетоэлектрике заряда и заряда, захваченного на поверхностных состояниях QСЭ, и заряда, захваченного на поверхностных состояниях QSS.
Весьма перспективной является структура сегнетоэлектрик-фотополупроводник. Такая структура помещается между оптически прозрачными проводящими электродами. При локальном освещении полупроводника его сопротивление уменьшается, и все напряжение между проводящими электродами падает на слое сегнетоэлектрика. В освещенных областях сегнетоэлектрик переполяризуется. Возникающее пространственное распределение поляризации сегнетоэлектрика соответствует распределению освещенности и позволяет осуществить оптическое считывание.