實驗名稱：高溫周期極化實時監(jiān)測過程

實驗目的：通過研宄MgO：LN晶體在高溫作用下的自發(fā)極化強度、矯頑場、疇生長速率模型，探索了高溫對其鐵電疇反轉(zhuǎn)特性的影響；此外，設計并構(gòu)建了一套用于高溫下外加電場極化法制備PPLN晶體的實時監(jiān)測系統(tǒng)。利用了氧化銦錫（ITO）電極的透明特性，使用電光成像法監(jiān)測疇生長的實時狀態(tài)，并結(jié)合實時監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果，討論了在不同極化狀態(tài)下的疇成核和疇生長過程，補充了鐵電疇反轉(zhuǎn)的宏觀模型。

測試設備：高壓放大器、信號發(fā)生器、示波器等。

實驗過程：

圖1：周期極化裝置示意圖

首先進行極化樣品的制備，制備過程主要包括涂膠、前烘、曝光、顯影、堅膜、腐蝕、劃片。晶片通過光刻后，在其+Z面制備得到了預先設計的周期性電極，然后在其-Z面鍍上均勻電極用作后續(xù)的周期極化過程。圖1所示的是周期極化裝置示意圖。信號發(fā)生器將設置好的極化電壓波形通過高壓放大器施加到晶體正負Z面，與此同時，利用高精度示波器，檢測高壓放大器的輸出電壓，并通過串聯(lián)電阻監(jiān)測通過晶體的極化電流。

實驗結(jié)果：

圖2：常溫下獲得的PPLN晶體的光學顯微鏡照片及疇合并原理：(a)PPLN晶體+Z面光學顯微鏡照片；(b)PPLN晶體Ｙ面光學顯微鏡照片；(c)常溫金屬電極法極化MgO：LN晶體疇合并原理

常溫極化下，極化時間內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移量遠遠大于晶體發(fā)生極化反轉(zhuǎn)所需的電荷轉(zhuǎn)移，說明晶體內(nèi)部存在疇過度極化，而疇過度極化會引起反轉(zhuǎn)疇合并現(xiàn)象。極化過程完成后使用HF對晶體進行腐蝕，用光學顯微鏡觀察疇結(jié)構(gòu)。如圖2(a)(b)所示，所獲得的PPLN的+Z面和Y面均發(fā)生了大面積的合并，反轉(zhuǎn)疇幾乎全部占據(jù)了整個晶體+Z面。造成晶體疇合并的原理圖如圖2(c)所示，由專家提出的疇反轉(zhuǎn)動力學模型，極化反轉(zhuǎn)的第一階段是反轉(zhuǎn)疇在電極邊緣成核，然后同時進行反轉(zhuǎn)疇的橫向和縱向生長，由于過高的極化電壓導致疇橫向和擴張生長速度加快，會使得一部分反轉(zhuǎn)疇更早地貫穿至晶體-Z面。有研宄發(fā)現(xiàn)，MgO：LN晶體發(fā)生極化反轉(zhuǎn)后，極化反轉(zhuǎn)區(qū)域的電阻率將從6*1013Ω·cm降低至7*107Ω·cm。這種顯著的電阻率變化將導致極化過程中更容易使疇在已經(jīng)極化反轉(zhuǎn)的區(qū)域發(fā)生擴張，加劇了該區(qū)域反轉(zhuǎn)疇的橫向擴張，造成相鄰電極間的反轉(zhuǎn)疇合并，當反轉(zhuǎn)疇縱向生長貫穿晶體時，疇的橫向擴張就己經(jīng)很嚴重了，形成了圖2所示的晶體疇結(jié)構(gòu)不均勻，疇合并嚴重的現(xiàn)象，所以這種反轉(zhuǎn)疇的非均勻生長會嚴重影響周期極化的質(zhì)量。

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圖：ATA-7015高壓放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇