2.2.2 Методика измерений сегнетоэлектрических свойств

Для исследования зависимости ε(Т) используется схема, по-

зволяющая измерять емкость Со исследуемого образца (Рис.5 ). Со-

гласно формуле для геометрической емкости плоского конденса-

тора диэлектрическая проницаемость ε выражается как:

(10)

где εо – 8,85⋅10-12 Ф/м; d - толщина диэлектрического слоя, D – диаметр напылённого контакта.

Для определения Со для каждой температуры необходимо

определить величины Rс по измеренным величинам U, Uo. На

рис. 7: Со – образец (структура SnO₂ – MoO₃ - Ag), сопротивление которого

(11)

Напряжение на резисторе R определяется из выражения:

(12)

где Uo – напряжение на выходе генератора, а Rс – емкостное со-

противление исследуемого объекта. Так как Rс >> R = 500 Ом, то

U =UoRωCo.

Измерив зависимость U(T), можно найти ε(T).

Рисунок 5. Схема установки для измерения температурной зависимости ёмкости.

Описание схемы:

Г – генератор сигнала (Г3-118),

V1 – вольтметр (РВ7-32) для измерения выходного сигнала гене-

ратора (Uo),

V2 – вольтметр (В3-48) для регистрации напряжения на измери-

тельном резисторе (U),

R = 500 Ом,

V3 – вольтметр (Щ-300) для измерения ЭДС термопары,

DC – двухкоординатный самописец-потенциометр,

Н – нагреватель,

ИП – источник питания нагревателя,

Со – образец MoO₃

2.2.3 Динамический метод измерения вольтамперных характеристик

При динамическом методе измерения вольтамперных характеристик на исследуемый объект подается напряжение, меняющееся по гармоническому закону. Измеряется напряжение, падающее на образце, и ток, протекающий в цепи образца. Для наблюдения и измерения применяется двухканальный осциллограф. Принципиальная схема установки приведена на рис. 6.

Рисунок 6. Схема измерительной установки для исследования динамических вольтамперных характеристик.

Описание схемы:

С генератора Gen1, синусоидальный сигнал подаётся на первичную обмотку повышающего трансформатора TV1. Кроме повышения напряжения, трансформатор обеспечивает развязку земли генератора и осциллографа.

К вторичной обмотке трансформатора подключена цепь, состоящая из последовательно соединённых резисторов R1, R2 и исследуемого образца R3*. Переменный резистор R1 ограничивает ток в цепи. По падению напряжения на резисторе R2 судят о величине тока протекающего через образец (I=U/R), это напряжение подаётся на вертикальный вход двухканального осциллографа. Падение напряжения на исследуемом образце подается на горизонтальный вход двухканального осциллографа.

Для проведения измерений номиналы резисторов R1 и R2 должны быть много меньше сопротивления исследуемого образца R3*.

В качестве Gen1, применяется генератор сигналов низкочастотный Г3 –112/1 совместно с усилителем Г3-112/1. Частотный диапазон генератора находится в пределах 10 - 10⁷ Гц.

На передней панели генератора находиться ручка, позволяющая регулировать амплитуду сигнала в диапазоне 0 – 5 B, при этом, напряжение на концах вторичной обмотки трансформатора TV1 изменяется в диапазоне 0 – 270 В.

Исследуемая структура помещается на двух координатный столик, и подключается к измерительной схеме при помощи двух позолоченных контактов. Один из контактов механически закреплён на столике, и перемещается вместе со столиком и образцом, второй контакт подвижный. Такая схема позволяет проводить измерения в различных точках образца. Следует отметить, что при выборе контактной системы, необходимо обеспечить минимальную ёмкость системы.

Сопротивление переменного резистора R1 = 5 Мом, R2 = 50 Ом.

Для измерения вольт амперной характеристики, образец помещают на координатный столик, прижимают неподвижный контакт к проводящей подложке, а подвижный к поверхности плёнки. Давление контакта на плёнку должно быть достаточным для обеспечения надёжного электрического контакта, но при этом не приводить к механическому разрушению плёнки. Балластный переменный резистор R1 должен быть выведен на максимальное сопротивление, ручка регулировки амплитуды сигнала «выведена в ноль».

После подключения образца, амплитуду сигнала необходимо плавно увеличивать, непрерывно наблюдая за показаниями осциллографа. Увеличение амплитуды производят до тех пор, пока не произойдёт резкое увеличение тока, при этом происходит формовка проводящего канала. После этого можно регулировать ток, протекающий через структуру, с помощью резистора R1.

Рисунок 7. Образец плёнки оксида молибдена на двухкоординатном столике установки для измерения динамических вольтамперных характеристик.