實驗名稱：高溫周期極化實時監測過程

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

　　測試設備：高壓放大器、信號發生器、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，并通過串聯電阻監測通過晶體的極化電流。

　　實驗結果：

　　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，極化時間內電荷轉移量遠遠大于晶體發生極化反轉所需的電荷轉移，說明晶體內部存在疇過度極化，而疇過度極化會引起反轉疇合并現象。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構。如圖2(a)(b)所示，所獲得的PPLN的+Z面和Y面均發生了大面積的合并，反轉疇幾乎全部占據了整個晶體+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動力學模型，極化反轉的第一階段是反轉疇在電極邊緣成核，然后同時進行反轉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，會使得一部分反轉疇更早地貫穿至晶體-Z面。有研宄發現，MgO：LN晶體發生極化反轉后，極化反轉區域的電阻率將從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極化反轉的區域發生擴張，加劇了該區域反轉疇的橫向擴張，造成相鄰電極間的反轉疇合并，當反轉疇縱向生長貫穿晶體時，疇的橫向擴張就己經很嚴重了，形成了圖2所示的晶體疇結構不均勻，疇合并嚴重的現象，所以這種反轉疇的非均勻生長會嚴重影響周期極化的質量。

　　高壓放大器推薦：ATA-7015

　　圖：ATA-7015高壓放大器指標參數

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