ГЕНЕРАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЛЕНКОЙ BST ПРИ ДЕЙСТВИИ ОДНООСНОЙ НАГРУЗКИ
Сведения об авторах
- Южный научный центр РАН, Ростов-на-Дону, Россия; Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
- Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
- Южный научный центр РАН, Ростов-на-Дону, Россия
Аннотация
Электромеханические свойства сегнетоэлектрической пленки титаната бария стронция (BST) на подложке кремния зависят от приложенной деформации. Особенно сильная зависимость наблюдается для концентраций, близких к значениям, при которых происходит смена фазовых состояний сегнетоэлектрической пленки. В рамках термодинамической теории фазовых переходов исследована модель монокристаллической пленки BST вблизи такой области под действием одноосной растягивающей нагрузки. Полученные в модели материальные постоянные пленки использованы для численных расчетов возбуждения рэлеевских акустических волн на поверхности гетероструктуры пленка-подложка. Показано, что при изменении деформации происходит смещение экстремумов S-параметров, характеризующих эффективность возбуждения поверхностных волн. Приведено изменение S-параметров для первых трех резонансов, определяемых геометрией встречно-штыревых электродов. Наибольшее смещение резонансных частот наблюдается для второго резонанса – волны Сезава.
Ключевые слова
сегнетоэлектрикититанат бария станцияфеменологическая теорияметод конечных элементовповерхностные акустические волны
Generation of SAW in BST ferroelectric film under uniaxial strain
The electro-mechanical properties of a ferroelectric film of barium strontium titanate (BST) film located on a silicon substrate depend on applied external strain. A significant dependence is observed for concentrations close to values, where a phase transition for the ferroelectric film occurs. A model of single-crystal BST film near the phase transition under uniaxial strain is studied by the thermodynamic theory of phase transitions. The material properties of the film obtained by the model are used for numerical study of the excitation of Rayleigh acoustic waves on the surface of the film-substrate heterostructure. Shifting the extrema of S-parameters, characterizing the efficiency of excitation of surface acoustic waves, is shown under the applied strain. The change of S-parameters for the first three resonances determined principally by the geometry of the interdigital electrodes is presented. The largest shift of resonant frequency is observed in a case of the second resonance that corresponds to Sezava wave.
Keywords
FerroelectricsBarium Strontium TitanatePhenomenological TheoryFinite-Element MethodSurface Acoustic Waves
Литература
- 1.Ferroelectric materials for microwave tunable applications / A.K. Tagantsev, V.O. Sherman, K.F. Astafiev, J. Venkatesh, N. Setter // Journal of Electroceramics. – 2003. – Vol. 11. – P. 5–66. DOI: 10.1023/B:JECR.0000015661.81386.e6 Scholar
- 2.Gevorgian S. Ferroelectrics in microwave devices, circuits and systems. Physics, Modelling, fabrication and measurements. – London: Springer-Verlag, 2009. – 396 p. DOI: 10.1007/978-1-84882-507-9 Scholar
- 3.Dawber M., Rabe K.M., Scott J.F. Physics of thin-film ferroelectric oxides // Rev. Mod. Phys. – 2005. – Vol. 77. – P. 1083–1130. DOI: 10.1103/RevModPhys.77.1083 Scholar
- 4.Ferroelectric thin films: Review of materials, properties, and applications / N. Setter, D. Damjanovic, L. Eng, G. Fox [et al.] // Journal of Applied Physics. – 2006. – Vol. 100. – P. 051606(47). DOI: 10.1063/1.2336999 Scholar
- 5.Martin L.W., Chu Y.-H., Ramesh R. Advances in the growth and characterization of magnetic, ferroelectric, and multiferroic oxide thin films // Materials Science and Engineering R. – 2010. – Vol. 68. – P. 89–133. DOI: 10.1016/j.mser.2010.03.001 Scholar
- 6.Ahmed A., Goldthorpe I.A., Khandani A.K. Electrically tunable materials for microwave applications // Applied Physics Reviews. – 2015. – Vol. 2. – P. 011302(17). DOI: 10.1063/1.4906255 Scholar
- 7.Strain tuning of ferroelectric thin films / D.G. Schlom, L.-Q. Chen, C.-B. Eom, K.M. Rabe [et al.] // Annu. Rev. Mater. Res. – 2007. – Vol. 37. – P. 589–626. DOI: 10.1146/annurev.matsci.37.061206.113016 Scholar
- 8.Cao J., Wu J. Strain effects in low-dimensional transition metal oxides // Materials Science and Engineering R. – 2011. – Vol. 71. – P. 35–52. DOI: 10.1016/j.mser.2010.08.001 Scholar
- 9.Elastic strain engineering of ferroic oxides / D.G. Schlom, L.-Q. Chen, C.J. Fennie, V. Gopalan [et al.] // MRS Bulletin. – 2014. – Vol. 39. – P. 118–130. DOI: 10.1557/mrs.2014.1 Scholar
- 10.New modalities of strain-control of ferroelectric thin films / A.R. Damodaran, J.C. Agar, S. Pandya, Z. Chen [et al.] // J. Phys.: Condens. Matter. – 2016. – Vol. 28. – P. 263001(36). DOI: 10.1088/0953-8984/28/26/263001 Scholar
- 11.Concentration phase diagram of BaxSr1−xTiO3 solid solutions / V.B. Shirokov, V.I. Torgashev, A.A. Bakirov, V.V. Lemanov // Phys. Rev. B. – 2006. – Vol. 73. – P. 104116(7). DOI: 10.1103/PhysRevB.73.104116 Scholar
- 12.Phenomenological theory of phase transitions in epitaxial BaxSr1−xTiO3 thin films / V.B. Shirokov, Yu.I. Yuzyuk, B. Dkhil, V.V. Lemanov // Phys. Rev. B. – 2009. – Vol. 79. – P. 144118(9). DOI: 10.1103/PhysRevB.79.144118 Scholar
- 13.Anomalies of piezoelectric coefficients in barium titanate thin films / Shirokov V., V. Kalinchuk, R. Shakhovoy, Yu. Yuzyuk // EPL. – 2014. – Vol. 108. – P. 47008(5). DOI: 10.1209/0295-5075/108/47008. Scholar
- 14.Материальные константы твердых растворов (Ba,Sr)TiO3 / В.Б. Широков, Ю.И. Юзюк, В.В. Калинчук, В.В. Леманов // ФТТ. – 2013. – Т. 55, No 4. – С. 709–714. – URL: https://journals.ioffe.ru/articles/998 Scholar
- 15.К проблеме определения упругих постоянных тонких сегнетоэлектрических пленок / В.Б. Широков, В.В. Калинчук, Р.А. Шаховой, Ю.И. Юзюк // Доклады академии наук, физика. – 2015. – Т. 463, No 6. – С. 655–660. Scholar
- 16.Материальные константы тонких пленок титаната бария / В.Б. Широков, В.В. Калинчук, Р.А. Шаховой, Ю.И. Юзюк // ФТТ. – 2015. – Т. 57, No 8. – С. 1509–1514. – URL: https://journals.ioffe.ru/articles/42109 Scholar
- 17.Широков В.Б., Тимошенко П.Е., Калинчук В.В. Управление свойствами сегнетоэлектрической пленки BaxSr1-xTiO3 // Прикладная механика и техническая физика. – 2021. – No 5. – С. 80–88. DOI: 10.15372/PMTF20210508 Scholar
- 1.Tagantsev A.K., Sherman V.O., Astafiev K.F., Venkatesh J., Setter N. Ferroelectric materials for microwave tunable applications. Journal of Electroceramics, 2003, Vol. 11, pp. 5-66. doi: 10.1023/B:JECR.0000015661.81386.e6 Scholar
- 2.Gevorgian S. Ferroelectrics in microwave devices, circuits and systems. Physics, Modelling, fabrication and measurements. London: Springer-Verlag, 2009, 396 p. doi: 10.1007/978-1-84882-507-9 Scholar
- 3.Dawber M., Rabe K.M., Scott J.F., Physics of thin-film ferroelectric oxides. Rev. Mod. Phys, 2005, Vol. 77, p. 1083-1130. doi: 10.1103/RevModPhys.77.1083 Scholar
- 4.Setter N., Damjanovic D., Eng L., Fox G., and et al. Ferroelectric thin films: Review of materials, properties, and applications. Journal of Applied Physics, 2006, Vol. 100, p. 051606(47). doi: 10.1063/1.2336999 Scholar
- 5.Martin L.W., Chu Y.-H., Ramesh R. Advances in the growth and characterization of magnetic, ferroelectric, and multiferroic oxide thin films. Materials Science and Engineering R, 2010, Vol. 68, pp. 89-133. doi: 10.1016/j.mser.2010.03.001 Scholar
- 6.Ahmed A., Goldthorpe I.A., Khandani A.K. Electrically tunable materials for microwave applications. Applied Physics Reviews, 2015, Vol. 2, pp. 011302(17). doi: 10.1063/1.4906255 Scholar
- 7.Schlom D.G., Chen L.-Q., Eom C.-B., Rabe K.M., and et al. Strain tuning of ferroelectric thin films. Annu. Rev. Mater. Res, 2007, Vol. 37, pp. 589-626. doi: 10.1146/annurev.matsci.37.061206.113016 Scholar
- 8.Cao J., Wu J. Strain effects in low-dimensional transition metal oxides. Materials Science and Engineering R, 2011, Vol. 71, pp. 35-52. doi: 10.1016/j.mser.2010.08.001 Scholar
- 9.Schlom D.G., Chen L.-Q., Fennie C.J., Gopalan V, and et al. Elastic strain engineering of ferroic oxides. MRS Bulletin, 2014, Vol. 39, pp. 118-130. doi: 10.1557/mrs.2014.1 Scholar
- 10.Damodaran A.R., Agar J.C., Pandya S., Chen Z., and et al. New modalities of strain-control of ferroelectric thin films. J. Phys.: Condens. Matter, 2016, Vol. 28, pp. 263001(36) doi: 10.1088/0953-8984/28/26/263001 Scholar
- 11.Shirokov V.B., Torgashev V.I., Bakirov A.A., Lemanov V.V. Concentration phase diagram of BaxSr1−xTiO3 solid solutions. Phys. Rev. B, 2006, Vol. 73, pp. 104116(7) doi: 10.1103/PhysRevB.73.104116 Scholar
- 12.Shirokov V.B., Yuzyuk Yu.I., Dkhil B., Lemanov V.V. Phenomenological theory of phase transitions in epitaxial BaxSr1−xTiO3 thin films. Phys. Rev. B, 2009, Vol. 79, pp. 144118(9) doi: 10.1103/PhysRevB.79.144118 Scholar
- 13.Shirokov V., Kalinchuk V., Shakhovoy R., Yuzyuk Yu. Anomalies of piezoelectric coefficients in barium titanate thin films. EPL, 2014, Vol. 108, pp. 47008(5) doi: 10.1209/0295-5075/108/47008. Scholar
- 14.Shirokov V.B., Yuzyuk Yu.I., Kalinchuk V.V., Lemanov V.V. Material constants of (Ba,Sr)TiO3 solid solutions. Physics of the solid state, 2013, Vol. 55, No. 4, pp. 773–779. doi: 10.1134/S1063783413040276 Scholar
- 15.Shirokov V.B., Kalinchuk V.V., Shakhovoi R.A., Yuzyuk Yu.I. The problem of determining elastic constants of thin ferroelectric films. Doklady physics, 2015, Vol. 60, No. 8, pp. 349–354. doi: 10.1134/S1028335815080108. Scholar
- 16.Shirokov V.B., Kalinchuk V.V., Shakhovoi R.A., Yuzyuk Yu.I. Material constants of barium titanate thin films. Physics of the solid state, 2015, Vol. 57, No. 8, pp. 1535–1540. doi: 10.1134/S1063783413040276. Scholar
- 17.Shirokov V.B., Timoshenko P.E., Kalinchuk V.V. Controlling the Properties of a BaxSr1-xTiO3 ferrelectric film. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2021, No. 5, pp. 80–88, doi: 10.1134/S0021894421050084 Scholar
Другие статьи выпуска
Весь выпуск (№ 1, 2023)- METHODS FOR REDUCING NOTCH SENSITIVITY OF HYBRID PSEUDO-DUCTILE POLYMER COMPOSITES WITH FABRIC REINFORCEMENT: EXPERIMENTAL STUDYс. 5–11
- МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ПЛАСТИНЫ С ЦЕНТРАЛЬНОЙ ТРЕЩИНОЙс. 12–25
- ПРОГРАММИРУЕМОЕ ПОВЕДЕНИЕ МЕТАМАТЕРИАЛА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ СПОСОБА СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЯЧЕЕКс. 26–32
- ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЧНОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ РЯДА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ И НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ, СОЗДАННЫХ ПРОВОЛОЧНО-ДУГОВОЙ НАПЛАВКОЙ, В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ СКОРОСТЕЙ ДЕФОРМАЦИЙс. 33–45
- ПЛОСКИЕ ЗАДАЧИ О ДЕЙСТВИИ ОСЦИЛЛИРУЮЩЕЙ НАГРУЗКИ НА ГРАНИЦЕ УПРУГОЙ ИЗОТРОПНОЙ ПОЛОСЫ ПРИ НАЛИЧИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙс. 46–55
- Совершенствование неразрушающего метода определения механических характеристик элементов многослойных конструкций на примере дорожных одеждс. 56–65
- ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКОЕ КИНЕТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ КОНВЕРСИИ СВЯЗУЮЩЕГО КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙс. 66–74
- О реконструкции полей предварительных напряжений в полом цилиндрес. 75–89
- МЕТОД СПЕКТРАЛЬНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЖЕСТКОСТИ В ЗАДАЧАХ ФЛАТТЕРА СОСТАВНЫХ ПЛАСТИНс. 90–102
- ПРЕДСТАВИТЕЛЬНЫЙ ОБЪЕМ И ЭФФЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ И СТАТИСТИЧЕСКИ ОДНОРОДНО АРМИРОВАННЫХ ВОЛОКОННЫХ КОМПОЗИТОВс. 103–110
- Идентификация дефектов в клине с покрытием на основе методов ультразвукового неразрушающего контроля и сверточных нейронных сетейс. 111–124
- Осаждение фуллеритов C60 на подложку твердого тела с образованием пленкис. 125–133
Показаны 12 из 15