Властивості сегнетоелектриків

Зміст Вступ Розділ 1. Властивості сегнетоелектриків

1.1 Загальні відомості про сегнетоелектрики

1.2 Діелектричні властивості сегнетоелектриків

1.3 Електропровідність сегнетоелектриків

1.4 Бар'єри в сегнетоелектриках

1.5 Сегнетоелектрики і антисегнетоелектрики Розділ 2. Практичні застосування сегнетоелектриків

2.1 Управління властивостями

2.2 Лінійні властивості

2.3 Нелінійні властивості

2.4 Застосування в обчислювальній техніці

Висновок Список використаної літератури

Вступ сегнетоелектрик діелектрик поляризація напруженість Більшість діелектриків мають здатність до поляризації тільки у зовнішньому електричному полі, однак деякі за його відсутності виявляють макроскопічну поляризованість. Це спонтанно (лат. spontaneus — самодовільний) поляризовані діелектрики, поляризація яких викликана не зовнішніми діями, а внутрішніми причинами. До таких діелектриків належать піроелектрики та їх підклас і сегнетоелектрики. Термін «сегнетоелектрики» походить від назви кристала «сегнетова сіль», хімічна формула якого NaKC4H4O•4H2O, у ньому в 1921 році чеський вчений Дж. Валашек вперше виявив нелінійні електричні властивості. Крім сегнетової солі до сегнетоелектриків належать титаном барію, дигідрофосфат калію, тригліцинсульфат, SbSI, Sn2P2S6 та ін.

Сегнетоелектрики? кристали, здатні мати у певному температурному інтервалі спонтанну поляризацію Ps, напрям якої може бути змінений зовнішнім електричним полем. У літературі ці матеріали ще називають фероелектриками за аналогією з феромагнетикими.

Спільні властивості сегнетоелектриків такі:

1) Наявність спонтанної поляризації Ps у певному діапазоні температур, яка може бути переорієнтована зовнішнім електричним полем ;

2) Нелінійна гістерезисна залежність поляризації P від поля E ;

3) Діелектрична проникність е в полярній фазі поблизу фазового переходу досягає великих значень, аж до

4) Величина діелектричної проникності е сильно залежить від напруженості електричного поля E ;

5) наявність доменної структури при температурах нижче температури фазового переходу ;

6) великі значення піроелектричних коефіцієнтів та п'єзоелектричних модулів.

Розділ 1. Властивості сегнетоелектриків

1.1 Загальні відомості про сегнетоелектрики Сегнетоелектриками називаються особливий вид діелектриків, що відрізняється нелінійною залежністю поляризації від напруженості поля, що є наслідком наявності в них електричних доменів. При розгляді ефекту Ганна застосовувався термін «електростатичні домени», під якими мають на увазі області сильного електричного поля. Але електростатичні домени відрізняються від електричних доменів, характерних для сегнетоелектриків. В останньому випадку домени — це області мимовільної (спонтанної) поляризації (порядку 10^-2—10^-4 см), аналогічні магнітним доменам у феромагнетиках.

Свою назву сегнетоелектрики отримали від назви мінералу — сегнетової солі (NaKC4H4O64H2O), для якої зазначені властивості були виявлені вперше. Властивості сегнетової солі були детально досліджені в роботах академіка І. В. Курчатова і П. П. Кобеко.

Найбільш поширеним сегнетоелектриків є метатітанат барію ВаТiO3. Вперше виявлено та досліджено сегнетоелектричні властивості метатітаната барію в 1944 р. академіком Б. М. Вулом. Часто ВаТiOз називають скорочено титанат барію.

Крім сегнетової солі і титанату барію, налічується близько 290 індивідуальних сполук і більше 1500 матеріалів — твердих розчинів, що мають сегнето-або антисегнетоелектрическими властивостями. Під антисегнетоелектриками мають наувазі речовини, в яких спонтанна поляризація виникає в двох або більше підрешітках, так що всередині кожного домена спостерігається взаємна компенсація електричних моментів, тобто результуюча спонтанна поляризація виявляється рівною нулю. Тим не менш антисегнетоелектрики відрізняються від лінійних діелектриків, оскільки вони мають спонтанну поляризацію і розбиті на домени.

Всі сегнето-і антісегнетоелектрікі можна поділити на дві групи:

1) киснево-октаедричні або близькі до них, де сегнетактивний іон знаходиться, усередині кисневого октаедра;

2) водневі або близькі до них, де виникнення сегнетоелектричних властивостей пов’язано з переміщенням протонів у водневих зв’язках, з обертанням груп і т. д.

1.2 Діелектричні властивості сегнетоелектриків При постійній температурі зразка зв’язок між вектором електростатичної індукції D і напруженістю зовнішнього поля е для сегнетоелектриків нелінійна (рис. 1), тобто діелектрична проникність е є функцією напруженості поля Е. Загальне співвідношення між зазначеними величинами виражається відомою формулою:

D = ее0E. (1)

Рис. 1 Основна крива поляризації, яка виражається зв’язком між D и е в сегнетоэлектриках Однак тут е не є постійною величиною. Зокрема, можна визначити початкову ен, деяку середню еср і максимальну еmax діелектричні проникності:

Основну криву поляризації (рис.1) отримують при збільшенні Е від нуля до заданого значення на попередньо деполяризованої зразку.

Характерною особливістю сегнетоелектриків є велика величина діелектричної проникності в слабких полях. У сильних полях Е> Еmax спостерігається зменшення е, що пов’язано із закінченням процесу поляризації доменів. Наприклад, на рис. 2 наведено криві е = f (E) при різних температурах для метатітаната барію. З малюнка видно, що при T = 22 °C спочатку спостерігається зростання е, а потім деякий спад. При Т == 130 °C величина е не залежить від поля в результаті руйнування доменної структури. Точка Кюрі ВаТiO3 відповідає 120 °C. В інтервалі 0 — 120 °C осередок ВаТiOз тетрагональний, при 120 °C відбувається фазовий перехід і тетрагональний осередок перетворюється в кубічний, так що при 130 °C він вже кубічний, а домени руйнуються за рахунок теплового руху. При 0 °C для ВаТiOз спостерігається другий фазовий перехід і осередок з тетрагонального перетворюється на ромбічний, а в інтервалі - (70 — 90) °С — фазовий перехід, при якому осередок перетворюється в моноклінний або тріклінний. Але ці фазові переходи не руйнують доменну структуру, хоча вектори спонтанної поляризації змінюють свій напрямок. У тетрагональної комірки, яка слабо відрізняється від кубічної, ставлення осей с / а = 1,01 і вектор спонтанної поляризації спрямований вздовж осі с. Нижче 0 ° С для ромбічної решітки вектор спонтанної поляризації спрямований вздовж діагоналі осередків. Після наступного фазового переходу вектор спонтанної поляризації спрямований уздовж об'ємної діагоналі.

Рис. 2. Залежність діелектричної проникності метатитаната барія від напруженності зовнішнього електричного поля при різних температурах Крім значень ен і еmax, які зазвичай визначають для сегнетоелектриків, знаходять також диференціальну відносну діелектричну проникність

(3)

Очевидно, що хід кривої едиф = f (E) буде відрізнятися від ходу е = f (E). Якщо спочатку створити досить сильне поле E, так що буде справедлива нерівність Е> Еmax, а потім зменшувати постійне поле по величині, то зміна D буде відставати від зміни E, тобто буде спостерігатися гістерезис (рис. 3). Величина Dr, є залишковою індукцією, а напруженість поля Ec називається коерцитивним полем. Крім повної петлі гістерезису, відтинає на осях величини Dr та Ес, можна отримувати і приватні цикли петель гістерезису, які відповідають меншому розмаху змін D і Е Рис. 3. Петля гістерезису сeгнетоелектрика (пунктиром показана оснвна крива поляризації)

За петлям гістерезису можна визначати, реверсивну діелектричну проникність ер, яку знімають при постійному uо. u' на малому змінному сигналі. У залежності від величини напруженості постійного поля зсуву реверсивна діелектричним проникність виходить різною (рис. 4). Цим користуються для управління ємністю в спеціальних сегнетоелектричних конденсаторах — варікодах.

Рис. 4. Реверсивна діелектрична проникність:

а — в титаниті барія при змінному полі 1 кВ/см (крива 1) та 0.2 кВ/см (крива 2); б — в сегнетоелектриці ВК-1 при змінному полі 1 кВ/см (крива 1) та 0,1 кВ/см (крива 3) (по горизонталі)

При зміні температури зразка діелектрична проникність сегнетоелектриків змінюється. Хід кривої е = f (T) залежить від напрямку поля по відношенню до сегнетоелектричної осі.

Як зазначалося, в тетрагональномо осередку ВаТiO3 сегнетоелектрична вісь спрямована вздовж осі с. Перпендикулярне їй направлення позначають через а. Діелектрична проникність є тензором, і для ВаТiOз найбільші зміни в районі фазових переходів спостерігаються для компонента еa (рис. 5). Але в точці Кюрі еa і еc зливаються, тобто спостерігається рівність цих компонентів.

Наведений приклад для титанату барію не можна розглядати як типовий графік для компонентів тензорів е в будь-яких сегнетоелектриках. Зокрема для сегнетової солі, що має дві точки Кюрі (при -18 і +23 ° С), між якими спостерігається спонтанна поляризація, сегнетоелектричної віссю є вісь, а моноклінної структури. Тільки уздовж цієї осі і виявляються сегнетоелектричні властивості NaKC4H4O64H2O. У напрямку ж осей b і с сегнетоелектричні властивості не виявляються і діелектричні проникності еb і еc складають всього кілька одиниць (рис.6).

Відзначимо також, що вимірювання компонентів тензора е проводять на однодоменних або монодоменізірованном кристалі. У ромбічної модифікації ВаТiOз вимірювання тензора е скрутні, і в більшості випадків призводять усереднені величини е, віднесені до первинних кубічним або тетрагональним осях.

Рис. .5. Температурна залежність діелектричної проникності метатитаната барія, виміряна у направленні сегнетоелектричної осі и перпендикулярній їй осі а Температурна залежність в у неполярної модифікації або параелектричному стані може бути представлена законом Кюрі - Вейса

(4)

Для метатітаната барію В = 10, а абсолютні значення С у різних дослідників сильно розрізняються, що пов’язують з різною технологією одержання зразків. Часто беруть З = 105 град. Закон Кюрі - Вейса не застосуємо безпосередньо до точки Кюрі, бо при цьому Т — Тк = 0. Часто записують закон Кюрі - Вейса у формі

(5)

тобто містять постійну В у другий доданок (4), або не враховують її через малий значення.

Рис. 6. Залежність діелектричної проникності _a вздовж сегнетолектричної осі а та проникностей _Ь та _с вздовж осей Ь та с від температури (а) и розташування вказаних осей (б) у кристалі солі

Рис. 7. Залежність діелектричної проникності метатитаната барія від частоти

Частотна залежність Э сегнетоелектриків за своїм характером аналогічна залежності е = ц (f) для матеріалів типу феритів — із зростанням частоти е зменшується і в деякій області може спостерігатися крутий спад. Наприклад, на (рис. 7) показано частотна залежність е = ц (f) для метатітаната барію при постійній температурі. Слід зауважити, що абсолютні значення величини е наводяться для загальної орієнтування, оскільки вони залежать від технології виготовлення кристалів і від методики вимірювань. Крім того, часто наводять такі залежності для полікристалічних сегнетоелектриків у вигляді кераміки, де можливий значний розкид всіх параметрів. Ясно, що при різних температурах зміни е неоднакові, бо різні і самі величини е. В якості прикладу на рис. 8, а дані криві е = f (Т) при різних частотах для сегнетоелектриків Pb (Mg1/3Nb2/3) О3 відповідно до вимірів Хучуа і Личкатий. Тут одночасно демонструється ще одна особливість — розмитий сегнетоелектричний фазовий перехід і виявляються релаксаційні властивості, що складаються, зокрема, в тому, що зі збільшенням частоти максимум е зсувається в бік більш високої температури, а його величина зменшується. Так що в даному випадку максимум е вже не можна вважати відповідним точці Кюрі. Подібними властивостями володіють також тверді розчини на основі BaTiO3 — BaZrO3 — BaSnO3, SrTiO3 — Bi2 / 3 TiO3 та ін Рис. 8. Залежність діелектричної проникності (а) і тангенса кута диелектричних втрат (б) в сегнетоелектрику Pb (Mg_1/3Nb_2/3)О₃ від температури при різних частотах Рис. 9. Залежність діелектричної проникн (1; 2) і тангенса кута диелектричних втрат (3; 4) поликристаллічного титанату барія при кімнатній температурі в слабких переміних полях; 1,3 — Е_см = 0; 2;2; 4 — Е_см = 10 кВ/см На (рис. 8, б) наведено криві tg д = f (Т) для сегнетоелектрики Pb (Mg1/3Nb2/3) О3. Зазвичай в сегнетоелектриках трохи нижче точки Кюрі спостерігається максимум tg д. Крім того, в сегнетоелектричної області tg д і вище, ніж у параелектріческой, tg д звичайно в межах 0,01 — 0,06. Ці втрати значною мірою визначаються втратами на гістерезис, які пропорційні площі петлі гистерезиса.

Загальний характер частотної Залежно діелектричної проникності та втрат в слабких полях у поликристалічному титані барію зображений на (рис.9), де згідно з дослідженнями М. М. Некрасова і Ю. М. Поплавко наведені діелектрична проникність і tg д при полі зсуву Е_см = О (криві 1 і 3) і Е_см = 1О кВ / см (криві 2 і 4). Як видно з малюнка, помітне зменшення е і зростання tg д спостерігається в області частот 108−1010 Гц. Мабуть, це пов’язано з інерційністю руху доменних меж.

На закінчення відзначимо, що при підвищенні температури спостерігається зростання діелектричних втрат за рахунок електропровідності сегнетоелектриків.

1.3 Електропровідність сегнетоелектриків Електропровідність впливає на доменну структуру сегнетоелектриків. Зокрема, отримання однодоменних кристалів обумовлене конкуренцією між швидкістю росту сегнетоелектричної фази і зміною концентрації вільних носіїв заряду при переході кристала з парав сегнетоелектричних область. Якщо при цьому поверхневий заряд граничних диполів може бути скомпенсований вільними зарядами, то створюються необхідні умови для утворення однодоменних кристала.

Ширина сегнетоелектричного домену

(6)

повинна зменшуватися при збільшенні концентрації вільних носіїв заряду, оскільки останнє призводить до зменшення електростатичної енергії кристала Азл і противополярізаціі P1, індукованої поверхневими зарядами, через компенсацію поверхневих зарядів (у формулі (6) величина P0 спонтаннаяная поляризація; К, — постійна).

З концентрацією вільних носіїв заряду пов’язана можливість до «запам'ятовування» первісної доменної конфігурації. Якщо після нагрівання кристала вище точки Кюрі Тк концентрація носіїв заряду виявляється недостатньою для того, щоб за відносно короткий час компенсувати поверхневі заряди, то після охолодження нижче Тк з’явиться первісна доменна конфігурація У титанату барію при короткочасному додатку електричного поля спостерігаються пропеллерообразниеподібні петлі, що пов’язують з натіканням вільних носіїв заряду до кордонів доменів і з відповідною компенсацією поля деполяризації. Експериментально показано наявність на доменних межах вільних носіїв заряду, що звільняються при нагріванні сегнетоелектриків вище точки Кюрі

Динаміка руху доменів при накладенні зовнішнього електричного поля також пов’язана з концентрацією носіїв заряди, тобто з електропровідністю сегнетоелектриків Таким чином, електропровідність сегнетоелектриків представляє інтерес не тільки сама по собі, але і як фактор, що бере участь у формуванні і русі доменів.

Повний струм, поточний в ланцюзі джерело-сегнетоелектрик, як у будь-яких діелектриків, складається з декількох складових:

1) струму, обумовленого зарядкою геометричній ємності С зразка діелектрика і при опорі ланцюга R, що спадає з постійною часу тм = RC.

2) струму, обумовленого розвитком різних видів діелектричної поляризації, що спадає, наприклад, за законом Кюрі j = A tn;

3) струму наскрізний провідності, що спадає з плином часу;

4) струму наскрізний провідності, що не залежить від часу.

Тривало спадаючий з часом струм спостерігається у всіх досліджених сегнетоелектриків. При цьому зазначений спад відзначається тільки в сегнетоелектричної області, а у одновісних сегнетоелектриків-тільки в сегнетоелектричних напрямку, Розподіл потенціалу при цьому залишається практично лінійним, так що приелектродні шари об'ємного заряду не виникають. Залежність часу встановлення струму від температури аналогічна відповідної залежності коерцитивного поля від часу встановлення сегнетоелектричної поляризації. Те ж можна сказати про залежність часу встановлення струму від напруженості зовнішнього поля — воно змінюється аналогічно часу встановлення сегнетоелектричної поляризації. Отже, тривалий спад струму в сегнетоелектриках пов’язаний з встановленням сегнетоелектричної поляризації.

При вимірі провідності застосовують омічні (невипрямляющіся) контакти, які отримують шляхом вжигания паст, напиленням у вакуумі і т. д. — срібні, золоті, платинові, індієві контакти.

При високих температурах використовують платинові електроди, так як, наприклад, срібло і золото, мігрують до зразка. Вимірюють, як і в інших діелектриках, початкову, залишкову або іншу провідність.

Рис. 10. Залажність електропровідності від температури у хімічно чистому монокристалі ВаТiОз с точкою Кюрі Т = 400 К. Виміри проведені при E= 5 кВ/см Температурні залежності =f (Т) зазвичай представляють собою експоненти, які характерні для тієї чи іншої області. Іноді спостерігаються злами лінійних залежностей lg = f (1/Т), що пов’язано зі зміною енергії активації. З плином часу можливо старіння сегнетоелектриків і його провідність зростає. Зміна провідності сегнетоелектриків охоплює багато порядків величин. Наприклад, для керамічного титанату барію питома електропровідність може змінюватися от 10^-15 до 10^-1 Ом^-1*см^-1 при зміні температури зразка від кімнатної до 1500 К. Але провідність залежить від технології отримання зразка та методики вимірювання.

Різні сегнетоелектрики мають різну питому електропровідність — від низькоомних напівпровідників до хороших діелектриків.

У титанаті барію електропровідність має електронний характер в досить широкому інтервалі температур. Енергія активації провідності в параелектріческой області складає близько 2 еВ, а оптична ширина забороненої зони 3 еВ. До 1300 К електронна електропровідність ВаТiOз зазвичай є домішковою як для кристалів, так і для кераміки. Глибина залягання донорів виявляється близько 2 еВ, Нижче 450 К тип електропровідності електронний, а в інтервалі 450−1100 K знак носіїв заряду, визначений методом е. д. с. відповідає діркам. Припускають, що роль донорів і акцепторів можуть виконувати одні й ті ж дефекти, домішкові рівні яких можуть мати «амфотерний» характер. Але можливий і такий випадки, що донори і акцептори в ВаТiO3 мають різну природу.

Власна електронна електропровідність

_i =e (n_n+ p_p)=en (_n+ _p) (7)

Для титанату барію _n =0,l с. м²/(В*с) _p =1,1cм²/(В*с), так що маємо _n = 11_p

_i =12en_n (8)

Ефективна маса електронів для ВтiO3 порядку m* = 5m и п10^-5 см^-3, а _i=10^-22 0 м^-1 *см^-1 при 320 К В сегнетоелектриках типу SrTiO3, СаТiO3, РbТiOз електропровідність аж до 1250 -800 До електронна (при низьких температурах n-типу, при високих температурах р-типу); ширина забороненої зони становить, як і для титанату барію, 3 еВ. Багато інших сегнетоелектрики також мають електронну електропровідність. Вважають, що киснево-октаедричні сегнетоелектрики мають електронну електропровідність. Навпаки, водневі сегнетоелектрики мають іонну складову провідності, причому домішкова електропровідність забезпечується іонами домішки, а власна-протонами. Іонна складова електропровідності виявлена також у деяких твердих розчинах киснево-октаедричних сегнетоелектриків. Метод Тубандта дозволяє визначати числа переносу іонів.

В області точки Кюрі спостерігається аномалія електропровідності киснево-октаєдрических сегнетоелектриков. При переході з сегнетоелектричної в параелектричну фазу електропровідность скачком зменьшується, а енергія активації збільшується (мал. 10). Але в деяких сегнетоелектриках спостерігається лише злам кривої == f (1/T) у точці Кюрі, тобто збільшення енергії активації без скачка електропровідности

1.4 Бар'єри в сегнетоелектриках Раніше зазначалося, що при вимірах електропровідності прагнуть створити омічні контакти у зразка сегнетоелектрика. Але можна зробити і навпаки — створювати випрямляючий контакт і отримувати діод на сегнетоелектриках. Наприклад, на рис. 11 наведена в. а. х. діода на керамічному зразку титанату барію, де випрямляючий ефект виникає в приелектродному шарі BaTiO3 на контакті з срібним електродом, отриманим вжиганієм срібної пасти. Інший невипрямляющій контакт отримують шляхом напилення срібла у вакуумі або застосування амальгами індію.

Рис. 11. Асимметрична в. а. х. діода на керамічному зразку титанату барія з випрямлюючим контактом

На рис. 12 наведено інший приклад нелінійних і несиметричних в. а. х. на сегнетоелектриках. Крива 1 отримана на зразку кераміки Ва_0.8Sr_0.2ТiO_x-3 з одним омічним та іншим випрямляючим електродами, а крива 2 — з двома випрямляючими електродами, так що вона має симетричний варисторний хід.

Бар'єрні шари у випрямляючих контактів у сегнетоелектриках можуть мати досить високу ємність. За допомогою таких шарів отримані конденсатори, наприклад, ємністю 30 000 пФ і робочою напругою 10 В. Створюючи шаруваті системи із плівкових конденсаторів з бар'єрними шарами, де окремі конденсатори з'єднують паралельно, можна отримувати конденсатори на дуже великі ємності.

Рис. 12. Несимметрична (1) і нелінійна (2) в. а. х. кераміки Ва_0.8Sr_0.2ТiO_x-3 (діаметр зразка 0,4 см, товщина — 0,05 см) Таким чином, ясно, що в сегнетоелектриках можна отримувати приелектродні бар'єрні шари, які можуть створювати значну асиметрію в. а. х.

Крім того, в керамічних сегнетоелектриках спостерігаються бар'єри не тільки у контактів з металом електродів, але і всередині самої кераміки на межах зерен. Є літературні дані (наприклад, роботи Хейванга) про вплив замикаючих шарів на межах зерен на комплексний опір титанату барію і взагалі на діелектричну дисперсію. Використовують модель, аналогічну моделі зерен і прошарків, і пояснюють частотну залежність діелектричних параметрів.

Є численні експериментальні дані, що свідчать про існування на поверхні сегнетоелектриків деяких верств, властивості яких відрізняються від властивостей основної товщі монокристала. Так, рентгенівські дослідження Кенціга з співробітниками показали, що, в поверхневих шарах кристалів ВаТiOз на товщині близько 100 Е структура відрізняється від структури товщі.

Кенціг припустив, що зазначені верстви можна розглядати як збіднені іонами шари Шотткі, зумовлені домішками, що мають концентрацію 10¹⁸ см^-3 і створюють поле 10⁵—10⁶ В/см.

Мерц експериментально встановив, що час переполяризації і коерцитивне поле в ВаТiOз сильно залежать від товщини зразка. Він пояснив цю залежність існуванням на поверхні кристала шарів, що мають низьку діелектричну проникність і товщину порядку 10^-4 см.

Чайновес за вимірюваннями опору кристала оцінив товщину поверхневих шарів об'ємного заряду величиною 3*10^-5 cm.

Деякі дослідники вказують на наявність значно тонших бар'єрних шарів в кристалах ВаТiOз.

При дослідженні електропровідності полікристалічних зразків ВаТiOз з деякими домішками було виявлено різке зростання опору (на 2−7 порядків) в області точки Кюрі. Подібну аномалію в ряді випадків спостерігали також на монокристалах ВаТiOз частіше за все з невеликими добавками. домішками. Ряд дослідників пов’язують цей ефект з виникненням на поверхні кристалічних зерен і доменних меж верств високого опору. Причому отримано ряд доказів існування в сегнетоелектричних матеріалах бар'єрних шарів.

Яновець теоретично розглянув умови існування антипаралельних (180-градусних) доменів на поверхні тетрагонального монокристала ВаТiO3 при наявності поверхневого шару завтовшки 10^-6— 10^-4 см, де є поле, спрямоване в бік кристала (всередину), і падіння потенціалу задав рівним 1 В. Виявилося, що в цих умовах, там, де поле шару протилежно напрямку спонтанної поляризації всередині кристала, можуть існувати антипаралельні домени з розмірами порядку 10^-4—4*10^-3 Це задовільно узгоджується з експериментом.

Результати цього розрахунку Яновець використовує для пояснення ряду властивостей ВаТiOз. Зокрема показано, що при затравленні сегнетоелектриків швидше затравлюються області з спрямованим назовні вектором спонтанної поляризації (у позитивних решт доменів), і поле в поверхневому шарі направлено всередину кристала. Це відповідає наявності позитивного об'ємного заряду в поверхневому шарі.

Бар'єрні шари в сегнетоелектриках, мабуть, визначають явища втоми, що складається у втраті сегнетоелектричних властивостей при багаторазовій переполяризації. Можливо, що стінки доменів не можуть переміщатися в кристалі через наявність об'ємного заряду всередині кристалу. Тут знову виникає питання про можливість локалізації бар'єрів на кордонах доменів в многодоменних сегнетоелектриках. На кордонах однодоменних сегнетоелектриків, як уже зазначено, є бар'єрні шари, наприклад, типу Шотткі. Інакше кажучи, тут, мабуть, немає принципових відмінностей від картини, що спостерігається в поверхневих шарах напівпровідників. Це свідчить про необхідність більш широкого використання теорії напівпровідників для опису явищ в діелектриках.

1.5 Сегнетоелектрики і антисегнетоелектрики Терміном піроелектрик позначають кристали, в яких є спонтанна поляризація. Така назва обумовлена тим, що в піроелектрика при їх нагріванні на поверхні створюється заряд. Сегнетоелектрики і антісегнетоелектрікі є окремими випадками піроелектриків. Вони характеризуються наявністю областей спонтанної поляризації (доменів). Наявний в сегнетоелектрика один домен створює в навколишньому просторі поле, яке називають деполяризуючим.

Рис. 13. Однодоменний сегнетоелектрик та 180-градусні домени (а); умовно показано зменьшення деполяризуючої енергії при разбитті на такі домени; 90-градусні домени в сегнетоелектрику (б); дипольні моменти в антисегнетоелектрику (в) При виникненні кількох (чи багатьох) доменів в одному сегнетоелектрику деполярізуючому полі зменшується, що відповідає зменшенню енергії деполяризації (рис. 13, а). Граничні шари (стінки), що розділяють домени, мають кінцеву товщину і мають енергію, тому що в сусідніх доменах орієнтація вектора спонтанної поляризації не збігається з орієнтацією вектора спонтанної поляризації в розглянутому домені. Кути можуть становити 180 ° (180-градусні домени), 90 ° (90-градусні домени) та інші значення (див. рис. 13, а і б).

Розрахунки показують, що в сегнетоелектриках товщина стінки між 180-градусними доменами не перевищує декількох міжатомних відстаней, але енергія стінки досить велика (щільність енергії порядку 10−6 Дж/см2). У феромагнетиках товщина стінок між магнітними доменами досягає десятків і сотень атомних відстаней, а енергія стінок у заліза приблизно в 10 разів менше, ніж у титанату барію.

Отже, процес розбиття на домени в сегнетоелектриках визначається, з одного боку, зменшенням енергії деполярізующего поля, а з іншого боку, збільшенням поверхневої енергії стінок. Процес закінчується, коли ці величини виявляються одного порядку.

Рис 14. Двойна петля гістерезису, відповідна індукованому зовнішнім електричним полем фазовому переходу з антисегнето в сегнетоелектричний стан.

Антисегнетоелектрики можна розглядати як сукупність двох або більше вставлених одна в іншу підграток, в кожній з яких дипольні моменти спрямовані паралельно, а їх сумарний дипольний момент дорівнює нулю (рис. 13, в).

При приміщенні сегнетоелектрика в зовнішнє електричне поле в многодоменном (полідоменном) зразку відбувається поворот векторів спонтанної поляризації і спостерігається значне зростання поляризації вздовж зовнішнього поля. При досягненні поля насичення Emax переорієнтація векторів спонтанної поляризації закінчується, і подальше зростання поляризації зі збільшенням поля здійснюється за рахунок несегнетоелектричних видів — електронної, іонної і т. д. поляризації. При зміні величини і напряму поля спостерігається петля гістерезису. В однорідному зразку, вектор спонтанної поляризації якого орієнтований не вздовж зовнішнього поля, його переорієнтація відбувається при досягненні величини коерцитивного поля однодоменних кристалів, і петля гістерезису близька до прямокутної.

Рис 15. Температурна залежність діелектричної проникності цирконата свинцю Поляризація антисегнетоелектрика в слабких полях лінійна, але при досягненні досить сильного поля антисегнетоелектрик може перейти в сегнетоелектричний стан На рис. 14 показано, що при збільшенні напруженості поля від нуля до величини Е1 відбувається антисегнетоелектричноє (лінійне) зростання поляризації (і індукції D), але далі спостерігається різкий ріст Р, що відповідає переходу антисегнетоелектрика в сегнетоелектрик. Подальший ріст Р знову лине. На зворотному ході поляризація відстає від поля, тобто виникає петля гістерезису, а при напруженості поля Е2 сегнетоелектрик знову переходить в антисегнетоелектрик. При зміні напрямку поля Е картина аналогічна, тобто крива симетрична. Антисегнетоелектрик вище точки Кюрі переходить в параелектричний стан. При підході до точки Кюрі знизу діелектрична проникність зростає до деякого максимуму, а вище точки Кюрі вона змінюється за законом Кюрі - Вейсса. Але абсолютне значення діелектричної проникності в максимумі (в точці Кюрі) менше, ніж у більшості сегнетоелектриків.

На рис. 15 наведена температурна залежність діелектричної проникності цирконату свинцю (PbZr03). Нижче 230° С цей матеріал є антисегнетоелектриком з ромбічною структурою. Цирконат свинцю має одне з кристалографічних напрямків, де він не є скомпенсованих антисегнетоелектриком. До антисегнетоелектриків відносяться, наприклад, з'єднання NaNbO3, Pb (Мg½W1/2) 03 NH4H2P04 та ін Число відомих антисегнетоелектриків трохи менше числа відомих сегнетоелектриків. У більшості випадків антисегнетоелектрики мають кристалічну структуру, споріднену з сегнетоелектриками, а іноді в одному і тому ж з'єднанні при різних температурах виникають як сегнето-, так і антисегнетоелектричні фази. Останнім часом виявлені сегнетоферромагнетики, в яких можуть співіснувати різні види електричного і магнітного упорядкування. Нагадаємо, що крім паралельної орієнтації магнітних моментів в магнітних доменах (у феромагнетиках), є магнетики з антипаралельними розташуванням магнітних моментів (в антиферомагнетиках). В останньому випадку спостерігаються скомпенсованих і нескомпенсованих ашиферромагнетииі. Нескомпенсовані антиферомагнетики називають також ферримагнетиками. У сегнетоферромагнетіках можуть реалізовуватися антісегнетоелектрики і антиферомагнетики. Можливість синтезу сполук, де поєднується електричне та магнітне впорядкування, була вперше доведена в 1958 р. Г. А. Смоленським. Таке співіснування спостерігали у з'єднаннях складного складу Pb (Fe2/3W1/3) 03, Pb (Fe½N1/2) 03, РЬ (СО1 / 2 W1 / 2) 03 і ін Поки матеріали такого роду, як правило, мають низькі точки Кюрі і малі магнітні моменти.

Розділ 2. Практичні застосування сегнетоелектриків

2.1 Управління властивостями Великі значення п'єзоелектричних коефіцієнтів сегнетоелектриків, особливо поблизу температури переходу, зумовлюють їх перспективність для застосування в пьезотехніці. Сегнетоелектрики часто перевершують також інші п'єзоелектричні матеріали завдяки тому, що їх велика діелектрична проникність обумовлює високі значення коефіцієнта електромеханічного зв’язку (останній характеризує частку електричної енергії, що запасається у вигляді механічної енергії). Сегнетоелектрики вже багато років використовуються в п'єзоелектричних приладах, наприклад в перетворювачах, тобто пристроях, що перетворюють механічні сигнали в електричні і навпаки. Раніше в перетворювачах в основному використовувалася сегнетова сіль, а в даний час з-за недостатньої вологостійкості сегнетової солі звичайно використовують кераміку на основі титанату барію. Завдяки високим значенням діелектричної проникності сегнетоелектрики застосовуються також у конденсаторах.

У цому розділі коротко описується розробка сегнетоелектричних матеріалів, в яких високі значення певних параметрів мають місце при звичайній температурі, причому температурна залежність цих параметрів може бути великою або малою в залежності від пред’явлених вимог. Тут же описується застосування сегнетоелектриків в перетворювачах електричної енергії в механічну і назад, для стабілізації частоти, у фільтрах, мініатюрних конденсаторах, термометрах, модуляторах, помножувача частоти, діелектричних підсилювачах, а також у затворах і модулятори лазерного випромінювання. Нелінійні п'єзоелектричні властивості можна використовувати для прямого посилення звуку. В електронних обчислювальних машинах сегнетоелектрики можна використовувати в матрицях пам’яті як осередків пам’яті, в перемикаючих пристроях, лічильниках і в інших бістабільних елементах.

Для підтримки необхідного значення даного параметра не завжди зручно тримати сегнетоелектричний кристал в термостаті. Тому здійснюються спроби створити такі речовини, які володіли б необхідними властивостями при кімнатній температурі. Таке управління властивостями можливе за допомогою зміни складу твердих розчинів, причому, як ми вже згадували, управляти властивостями можна також шляхом введення певних добавок у процесі виготовлення кераміки.

Гострота аномальних піків іноді може бути обставиною, що утрудняє практичне використання того чи іншого сегнетоелектрика. Для «згладжування» таких піків можна застосовувати згадувані вище способи управління властивостями матеріалів. Наприклад, якщо внутрішні напруги в кераміці неоднорідні, то область значень Т0 істотно розшириться. У цьому випадку температурну залежність даної властивості в цілому можна представити як суперпозицію ряду кривих з піками, зміщеними по температурі, в результаті чого сумарна крива є більш пологою. При цьому, звичайно, висота максимуму зменшується. Пік діелектричної проникності титанату барію при 120 °C можна змістити, якщо в кераміку ввести добавки стронцію або кальцію. Наприклад, можна отримати пік при 30 °C, причому діелектрична проникність зменшується лише вдвічі при зміні температури на 50 °C в обидві сторони. У цьому випадку значення діелектричної проникності в максимумі становить «всього лише» 4000 замість 10 000, але це значення є настільки ж високим, як і діелектрична проникність монокристала при тій же температурі.

2.2 Лінійні властивості

У сегнетоелектричних перетворювачах використовуються великі значення п'єзоелектричних коефіцієнтів поблизу температури переходу. У порівнянні з несегнетоелектричними п'єзоелектричними речовинами сегнетоелектрики володіють більш високими коефіцієнтами електромеханічного зв’язку, але разом з тим мають порівняно високі діелектричні втрати. В одних пристроях, наприклад в ультразвукових генераторах, гучномовцях або імпульсних генераторах зі звуковими лініями затримки, перетворювачі призначаються для перетворення змінних або імпульсних електричних сигналів у відповідні механічні зсуву. В інших пристроях, наприклад в ультразвукових детекторах, тензометрії, мікрофонах, звукознімачах і пристроях для вимірювання вібрацій, перетворювачі призначаються для перетворення малих механічних зміщень в електричні сигнали.

Рис 16. Форми виробів з кераміки титаната барію Перетворювачі можуть бути дуже малих розмірів — близько 1 мм і менше. Описано вібраційний тензометр, який дає електрична напруга 100 мВ при механічному зсуві L/10⁶, де L — його розмір у сантиметрах. Цей сигнал у 100 разів вище, ніж у випадку резистивної тензометрії. Висока діелектрична проникність сегнетоелектриків тут також є перевагою, тому що дозволяє навіть при низьких частотах отримати низький електричний імпеданс приладу (низький імпеданс часто спрощує вимірювання електричних сигналів). Відзначимо також, що з сегнетоелектричної кераміки можна виготовляти елементи найрізноманітніших форм (рис. 16), наприклад, неважко виготовити пристрій, фокусує випромінювані акустичні хвилі в будь-якому потрібному місці. Для того щоб використовувати самі високі значення п'єзоелектричних коефіцієнтів, потрібно температуру підтримувати постійною з високою точністю. Але це не завжди легко, особливо в тих випадках, коли до сегнетоелектрики прикладаються порівняно великі електричні сигнали, у цих випадках стає суттєвим тепло, що виділяється в результаті втрат на гістерезис (воно пропорційно площі петлі гистерезиса). Однак у багатьох випадках пік потрібного параметра вдається згладити, що дозволяє відмовитися від необхідності прецизійного термостатування. Нерідко аномально високі значення коефіцієнтів можна використовувати не тільки нижче температури переходу, а й вище неї.

П'єзоелектрики зазвичай застосовуються для стабілізації частоти генераторів або ж використовуються як елементи вузькосмугових фільтрів. В основі цих застосувань лежить той факт, що п'єзоелектричний зразок має власну резонансну частоту, яка визначається його геометрією. Зразок з електродами еквівалентний поблизу резонансу контуру, що складається з ланцюжка послідовно з'єднаних елементів L, С і R, паралельно якої включений конденсатор С0. Такий зразок при досить ретельному виготовленні може мати дуже високу добротність Q. Якщо потрібна висока стабільність частоти, то не слід використовувати в якості резонаторів сегнетоелектрики, так як їх властивості сильно змінюються з температурою. У таких випадках найбільш підходящим матеріалом зазвичай як і раніше залишається кварц. Геометрія резонаторів залежить від необхідної частоти. Для роботи в області частот порядку декількох мегагерц застосовують монокристалічні платівки, товщина яких відповідає половині довжини акустичної хвилі. Для роботи на невисоких частотах застосовують бруски певної орієнтації. Для титанату барію розмір у кілька міліметрів відповідає механічному резонансу на частоті близько 1 МГц. Якщо перетворювач помістити в рідину або приєднати його до твердого тіла, то величина перетворюється електричної енергії на обраній частоті зросте.

Сегнетоелектрики володіють великою нелінійністю, і це найважливіше їх властивість забезпечує їм безліч інших застосувань. Однак в описаних вище пристроях це властивість не відіграє суттєвої ролі, більше того, в більшості випадків його впливу слід уникати. Зокрема, прикладена до сегнетоелектриків змінне електричне поле повинно бути недостатнім для його переполяризації. Тим не менш типове значення перетворюваної потужності становить 100 Bт/см² в 10%-ній області частот у мегагерцевому діапазоні.

У мікрофонах і звукознімачах резонансні явища небажані. Для роботи в повітрі використовують зразки, які відчувають деформації вигину або крутіння; вони мають більш низький механічний імпеданс і відчувають великі механічні зсуву. Такі перетворювачі зазвичай складаються з двох або більше з'єднаних разом зразків, орієнтація яких така, що виходить великий сигнал, коли один зразок подовжується, а інший коротшає, У результаті заданому електричному сигналу відповідає більш поперечний механічний зсув. Частота складеного перетворювача низька (вона лежить в області звукових частот), а температурна залежність його чутливості нижче, ніж у подібних перетворювачів інших форм.

Високі значення діелектричної проникності сегнетоелектриків поблизу температури переходу дозволяють використовувати їх в мініатюрних конденсаторах. Мініатюрні деталі необхідні, наприклад, у випадках, коли потрібно зберегти низькі значення індуктивності ланцюга. Наявні недоліки аналогічні описаним вище. Для підтримки постійної ємності необхідна стабілізація температури, тому такі конденсатори непридатні для використання в тих випадках, коли потрібно дуже стабільне значення ємності (наприклад, в ланцюгах налаштування). Прикладений електричний сигнал повинен бути малим, тому що внаслідок нелінійності діелектрична проникність змінюється зі зміною амплітуди сигналу. З тієї ж причини прикладена постійне поле зміщення змінює ємність конденсатора. У звичайних ланцюгах ця обставина є небажаною, але в інших цілях воно, як ми побачимо нижче, є перевагою. «Згладжування» температурної залежності, що застосовується для підвищення температурної стабільності, приводить одночасно до зменшення максимальної величини діелектричної проникності, але навіть це зменшене значення може залишатися ще дуже високим. Тангенс кута втрат в таких сегнетоелектриках зазвичай близько 0,01.

У випадках, коли дуже велика нелінійність небажана, можна використовувати матеріали з високим значенням Т0 (нагадаємо, що нелінійність максимальна поблизу Т0). При високих температурах кераміку часто не можна використовувати через зменшення її опору. Для конденсаторів ємністю 0,1 мкФ, виготовлених на основі керамічних плівок, вище 100 °C було досягнуто опір до 200 МОм. При ємності до 0,01 мкФ можна виготовити такі плівки з напругою пробою порядку 1 кВ.

Зміна з температурою і нелінійність властивостей лежать в основі інших практичних застосувань сегнетоелектриків. Зміна діелектричної проникності і, отже, ємності сегнетоелектриків з температурою використовується для дистанційного вимірювання температури і для вимірювання випромінюваних теплових потоків. Запропоновано також використовувати сегнето-електрики в якості детекторів інфрачервоного випромінювання, так як вони реагують на випромінювання в широкій спектральній області. Як відомо, в резистивних болометра джонсоновскій шум завжди є проблемою; діелектричні ж болометри нерезистивні. Завдяки різкій зміні діелектричної проникності з температурою сегнетоелектрики, мабуть, дуже придатні для використання в якості болометрів.

2.3 Нелінійні властивості

Розглянуті вище практичні застосування сегнетоелектриків засновані на наявності у цих матеріалів високих значень п'єзоелектричних коефіцієнтів та діелектричної проникності. Інші застосування пов’язані з нелінійністю цих характеристик. Наприклад, завдяки зміні діелектричної проникності сегнетоелектриків в постійному електричному полі можна електричним способом керувати ємністю сегнетоелектричних конденсаторів («варіконди»). Сегнетоелектричні конденсатори використовуються для налаштування супергетеродинів і для частотної модуляції. Найбільш яскраво діелектрична нелінійність проявляється на низьких частотах і поблизу температури переходу. Сегнетоелектрики можуть заміняти дорогі варакторні діоди, втрати ж у них часто виявляються менше, ніж у варакторних діодах. Джонсон вказав, що титанати барію — стронцію можна використовувати для генерації гармонік з третьої гармонікою в міліметровому діапазоні. Ді-Доменіко і ін виготовили НВЧ-генератор гармонік на (3 -9) 109 Гц.

Чехословацькі дослідники повідомили про застосування три-гліцннсульфата в якості «температурно-автостабілізірованного нелінійного діелектричного елементу» (ТАНДЕЛа). У такому пристрої амплітуда прикладеної до сегнетоелектрика змінної електричної напруги збільшена настільки, що його температура підвищується майже до Т0. Величина нагріву залежить від діелектричних втрат. Поблизу Т0 втрати починають падати, в результаті чого зразок стабілізує свою температуру. Температура кристала стабілізується поблизу Т0, де нелінійність висока; це дозволяє зменшити величину сигналу майже вдвічі в порівнянні з критичною без втрати стабільності. Це пристрій може замінити варактори як елементи ланцюгів модуляторів, умножителів частоти і діелектричних підсилювачів аж до частоти 1000 МГц. Його можна використовувати і безпосередньо як термостат.

Рис 17. Іллюстрація принципа роботи діэлектричного підсилювача Описуваний нижче діелектричний підсилювач являє собою міцний, дешевий, не потребуючий підігрівіві підсилювач потужності низької частоти. Підсилювач такого типу можна застосовувати для дистанційного управління, в сервосистемах, для стабілізації напруги, для посилення звукових частот, а також в якості підсилювача постійного струму. Розрахунки показали, що в порожнистих резонаторах, заповнених сегнетоелектриком, можна підсилювати частоти НВЧ-діапазону, наприклад порядку 10 ГГц.

Принцип роботи діелектричного підсилювача потужності ілюструється на (рис 17) Напруга зсуву V змінює ємність сегнетоелектричного конденсатора, керуючи, таким чином, величиною сигналу високої частоти. При зміні V сигнал високої частоти відповідно модулюється, як схематично показано у правій частині фігури. Робочі елементи діелектричних підсилювачів можна виготовляти як з кераміки, так і з монокристалів, причому зазвичай використовуються цирконат — титанат свинцю або титанат барію — стронцію. Іноді вибирають такий матеріал, щоб температура переходу була дещо нижче робочої температури, з метою уникнути труднощів, викликаних великим п'єзоефект, і втрат на гістерезис. Іноді ж, навпаки, вибирають температуру переходу трохи вище робочої температури, оскільки це забезпечує кращу температурну стабільність підсилювача. Межа чутливості нижче Т0 визначається шумом, обумовленим рухом доменних стінок.

Описаний пристрій є підсилювачем потужності, тому що його коефіцієнт посилення по напрузі менше одиниці. Однак коефіцієнт посилення по напрузі можна збільшити, якщо ввести в навантаження налаштований ланцюг. У цьому випадку — при зміні керуючого напруги настройка вихідного ланцюга буде змінюватися. Вихідний сигнал помножується на q, причому множник q у міру зміни V стає більше одиниці. Робота такої схеми зазвичай характеризується залежністю 1 / q від V, званої характеристикою розладу. Для посилення напруги зміщуючу напругу вибирають таким, щоб робоча точка знаходилася на крутій частині цієї характеристики. При використанні кристала титанату барію посилення по потужності становить 12 дБ у смузі частот 7 кГц. Значно більше посилення можна отримати в мостових схемах.

Нелінійність діелектричної проникності сегнетоелектриків на оптичних частотах призводить до великого електрооптичного ефекту, що робить ці кристали перспективними для управління пучком когерентного випромінювання лазерів. Як приклад можна послатися на запропонований нещодавно один з таких пристроїв, що працює за принципом інтерферометра Фабрі - Перо. Через прозорий монокристалічний брусок з напівпрозорими срібними електродами на передній і задній гранях пропускається світло. У результаті багатопроменевої інтерференції проходять тільки ті промені світла, довжина хвилі яких в точності кратна товщині бруска. Якщо тепер до електродів прикласти електричну напругу, то завдяки електрооптичному ефекту показник заломлення кристала зміниться, що в свою чергу призведе до зміни довжини хвилі світла, що пропускається. При використанні монохроматичного падаючого світла такий пристрій може застосовуватися в якості світлового затвора. Для цієї мети підходять речовини з великим електрооптичним ефектом, наприклад дигідрофосфат калію.

Світловий затвор такого типу запропонували Волерс і Лейб; час спрацьовування цього затвора, мабуть, може становити менше 10 9 сек. З іншого боку, якщо падаючий світло не монохроматічен, а модульований по частоті, різновид цього світлового затвора можна використовувати для демодуляції сигналу і вилучення закладеної в ньому інформації.

При падінні червоного лазерного променя на монокристал дигідрофосфату калію отримана генерація оптичних гармонік, причому вздовж певних напрямків інтенсивність може досягати значної величини.

2.4 Застосування в обчислювальній техніці

У адресних регістрах обчислювальних машин багаторазово використовуються перемикачі, за допомогою яких проводиться вибір необхідного елементу пам’яті. При розробці обчислювальних машин вживаються заходи для зменшення часу спрацьовування цих перемикачів. Бажано також зменшити число необхідних селекторів.

У 1952 р. Андерсон висловив припущення, що сегнетоелектрики з хорошою «прямокутною» петлею гістерезису можна використовувати в якості елементів запам’ятовуючих пристроїв обчислювальних машин, причому, як і в запам’ятовуючих пристроях на ферритах, можлива матрична селекція. При використанні матричної селекції істотна частина процесу вибору відбувається в самих осередках, причому при такому способі вибору на 10 000 осередків необхідно лише 200 селекторів.

Рис 18. Розташування электродів для сегнетоэлектричного матричного элемента.

Рис 19. Кристали титаната барія з нанесенною матрицею электродів (около трьох электродів на 1 мм) Принцип матричної селекції можна усвідомити на (рис 18) Поляризація РS спрямована по товщині кристала. Електроди «рядків» і «стовпців» нанесені на протилежні поверхні кристала. Таким чином, ряд квадратних ділянок кристала виявляється покритим електродами з обох сторін; кожна така ділянка являє собою одну комірку пам’яті. Поле в кожному осередку залежить від різниці потенціалів сигналів, прикладених до електродів рядка і стовпця. Для «зчитування» стану поляризації осередку служить імпульс напруги. Іншими словами, що зчитує імпульс необхідно для визначення, чи перебуває осередок у стані з поляризацією + РS або з поляризацією-РS. Прикладаються до електродів рядка та стовпця клітинки імпульси мають половинну амплітуду, але різні знаки; таким чином, тільки до цього вічка прикладений імпульс повної амплітуди. Залежно від стану поляризації осередки в даний момент з’являється чи не з’являється сигнал перемикання. Якщо осередок переполяризовався, то зміна його заряду проявляється у вигляді імпульсу струму або у вигляді імпульсу напруги на вихідному конденсаторі.

Як було показано в лабораторії, нанесення електродів для створення щільності осередків близько 800 осередків на 1 см² не представляє труднощів (рис 19). При переполяризації 0,1 мм² площі пластинки титанату барію за час, наприклад, 10 мксек середній струм дорівнює близько 5 мA. Амплітуда зчитувального імпульсу становить від 10 до 20 B при використанні платівки з титанату барію товщиною 0,1 мм. Якщо потрібно неруйнуюче зчитування, то необхідно пристрій для відновлення початкового стану поляризації осередку після зчитування. Додаткова регенерація необхідна також тому, що впливом на клітинку імпульсів половинної амплітуди не можна повністю знехтувати. З точки зору стандартів обчислювальної техніки жодне з цих ускладнень не є дуже великим.

Сховище на сегнетоелектриках порівнянні з запам’ятовуючими пристроями на ферритах; проте останні мають перевагу, обумовлене тим, що техніка феритів розвивалася вже протягом ряду років. Слід зазначити, що час перемикання сегнетоелектриків з точки зору вимог сучасної техніки велике, якщо користуватися матричною селекцією. Час перемикання визначається амплітудою імпульсу, а амплітуда імпульсу в свою чергу — коерцитивним полем матеріалу. У разі титанату барію ця межа становить близько 10 мксек.