Синтез, структура и пироэлектрические свойства микрокристаллического ниобата лития.

В условиях возрастающих требований к энергоэффективности устройств создание нового поколения нано- и микрогенераторов, основанных на пироэлектрическом эффекте, является очевидным решением проблемы преобразования невостребованного тепла в электроэнергию. На данный момент времени пирогенераторы на основе широко используемых сегнетоэлектрических материалов (PVDF, P(VDF-TrFE), PMN-PT, PZT) не могут использоваться в большинстве промышленных установок. Причина этого кроется в достаточно низких значениях точек Кюри (менее 400 К). В свою очередь, ниобат лития LiNbO₃ может функционировать вплоть до температуры сегнетоэлектрического перехода 1483 К, но сильно уступает перечисленным выше материалам по параметрам пироэлектрического качества, оценивающим эффективность утилизации бросовой энергии пироэлектриком.

В данной работе представлены первые шаги по увеличению эффективности утилизации бросовой энергии ниобатом лития LiNbO₃ формированием тонкой микрокристаллической пленки  с ориентированным вектором спонтанной поляризации.

Процесс синтеза тонкопленочного ниобата лития LiNbO₃, верхнего и нижнего электродов (ITO) проводился в камере установки магнетронного распыления Sunpla 40TM. В качестве подложки для серии экспериментальных образцов были выбраны поликор и сапфир. После напыления каждый из слоев имел аморфную структуру, поэтому для кристаллизации полученных покрытий проводили процесс послеростового отжига. Текстура формировалась наложением внешнего электрического поля, как во время процесса напыления, так и во время отжига, а значение напряженности поля варьировалось.

Исследования полученных покрытий проводились методами дифракции рентгеновских лучей, эллипсометрии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. По результатам исследований, все полученные образцы имеют кристаллическую структуру и соответствующий стехиометрическому химический состав. Толщина полученных пленок ниобата лития LiNbO₃ лежит в диапазоне 60 – 200 нм в зависимости от режима магнетронного напыления.

В дальнейшем планируются эксперименты по определению пироэлектрических коэффициентов и анализ зависимости пироэлектрических свойств от микроструктуры ниобата лития LiNbO₃.