3.1.3. Генераторы динамических неоднородностей

Генерирование динамических неоднородностей в диэлектрических континуальных средах осуществляется физическими полями. Динамические неоднородности в устройствах диэлектрической электроники, как правило, не перемещаются в континуальной среде. Информационный сигнал передается за счет изменения локальных физических свойств среды, прежде всего за счет локальных полей. При приложении электрического поля с помощью статических неоднородностей соответствующей конфигурации к сегнетоэлектрику в нем генерируется неоднородность в виде домена определенной поляризации. При приложении электромагнитного поля к сегнетоэлектрикам (например, KDP - дигидрофосфат калия, ADP – дигидрофосфат аммония и др.) можно получить динамические неоднородности, изменяющие оптическую плотность среды и способствующие линейному преобразованию падающего излучения. В любом случае реализуется элемент конструкции - генератор динамических неоднородностей.

3.1.4. Другие элементы приборов

В приборах и устройствах диэлектрической электроники управление динамическими неоднородностями, как правило, носит статический характер и осуществляется с помощью меняющихся физических полей, в зависимости от типа выбранной динамической неоднородности.

Детектором динамических неоднородностей является, как правило, локальная область, изменяющая свои свойства под действием физических полей. Считывание информации можно осуществлять и сканирующим детектором. В этом случае имеет смысл говорить о распределенном детекторе.

3.2. Приборы и устройства функциональной

диэлектрической электроники

3.2.1. Слоистые структуры

В приборах диэлектрической функциональной электроники используются, как правило, слоистые структуры. Слой активного диэлектрика применяется для хранения или обработки информации, а ввод и детектирование информации осуществляется в других слоях с соответствующими статическими неоднородностями.

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 – полупроводник» n-типа нет изгиба зон (рис. 3.5, а). Собственный уровень Ферми Е_FC представляет собой прямую линию, а основные носители смешаны в полупроводнике с неосновными. При поляризации сегнетоэлектрика (- Р) 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. 3.5, б).

Если переполяризовать сегнетоэлектрик (+ Р), 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. 3.5, в).

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. В таких слоистых средах большое значение имеют электрические поля в сегнетоэлектриках. Поле спонтанной поляризации должно быть меньше коэрцитивного. (Коэрцитивное поле в сегнетоэлектриках – это электрическое поле, которое необходимо приложить к сегнетоэлектрику в полярной фазе для уменьшения его поляризации до нуля.) В этом случае энергия переключения знака поляризации меньше затрачиваемой энергии. Одновременно должно соблюдаться условие, при котором уровень коэрцитивного поля меньше уровня электрического пробивного поля. Это условие позволит производить переполяризацию сегнетоэлектрика без его разрушения.

Рис. 3.5. Изменение свойств полупроводника при изменении поляризации сегнетоэлектрика

Управляемость поверхностным потенциалом полупроводника в структуре типа «металл – сегнетоэлектрик – полупроводник» (МСЭП-структура) существенным образом зависит от качества границы раздела, от фиксированного в сегнетоэлектрике заряда Q_СЭ, заряда, захваченного на поверхностных состояниях полупроводника Q_SS.

Весьма перспективной является структура «сегнетоэлектрик – фотополупроводник». Такая структура помещается между оптически прозрачными проводяшими электродами. При локальном освещении полупроводника его сопротивление уменьшается, и все напряжение между проводящими электродами падает на слой сегнетоэлектрика. В освещенных областях сегнетоэлектрик переполяризуется. Возникающее пространственное распределение поляризации сегнетоэлектрика соответствует распределению освещенности и позволяет осуществить оптическое считывание.