Виды поляризаций

Активные функции

Пассивные функции

Функции, выполняемые диэлектриками в РЭА

Диэлектрики имеют чрезвычайно большое значение для радиоэлектронной техники. Теоретические вопросы, связанные со строением диэлектриков с точки зрения зонной теории, были рассмотрены в пункте 1.1. В простейших случаях своего применения, диэлектрики используются в качестве электроизоляционных материалов. Назначение электрической изоляции сводится к тому, чтобы воспрепятствовать прохождению электрического тока по путям, нежелательным для работы данной электрической схемы. Однако, помимо пассивных, изолирующих функций, некоторые виды диэлектриков выполняют активные функции, порой более сложные, чем полупроводниковые материалы. Дадим некоторый (не полный) перечень функций, выполняемых диэлектриками в РЭА и элементов, в которых они используются.

1) Электроизоляция проводников тока;

2) Поляризационно – изорирующая межобкладочная среда конденсаторов;

3) Подзатворная изоляция полевых транзисторов;

4) связующая среда магнитодиэтектриков;

5) Вариконды, датчики температуры, нелинейные усилительные элементы (на основе сегнетоэлектриков);

6) Пьезоэлектрические генераторы, резонаторы, трансформаторы. Элементы акустоэлектроники (на основе пьезоэлектриков, акустооптических материалов);

7) Источники постоянного электрического поля (на основе электретов);

8) Электролюминофоры, фотолюминофоры, сцинтилляторы;

9) Модуляторы света;

10) Оптические запоминающие устройства;

11) Индикаторы (на основе жидких кристаллов);

12) Рабочие оптические лазерные среды.

Свободные заряды – заряды способные двигаться под действием электрического поля на расстояния, намного превышающие межатомные.

Связанные заряды – заряды, смещающиеся под действием электрического поля на расстояние, соизмеримые, или меньшие, чем межатомные расстояния.

Поляризация – направленное перемещение в материале большого количества связанного заряда на ничтожно малые расстояния, соизмеримые, или меньшей, чем межатомные расстояния.

Физически процесс поляризации может протекать по-разному и сопровождаться различными явлениями, поэтому, с учётом физических тонкостей поляризацию разделяют на виды и классы (рисунок 2.1). Принципиальные отличия упругих и неупругих видов поляризации отображены в таблице 2.1. Спонтанная поляризация – относительно редкое и уникальное явление, свойственное некоторым кристаллическим диэлектрикам. В отличие от остальных видов поляризации, упругих и неупругих, спонтанная поляризация обладает свойством нелинейности.

 

ПОЛЯРИЗАЦИИ

 

Упругие Неупругие

РелаксационныеМиграционныеСпонтанная

1. Электронно- 1. Ионно- 1. Межслоевая

упругая релаксациооная 2. Высоковольтная

2. Ионно-упругая 2. Дипольно-

релаксационная

3. Дипольно- 3. Электронно-

упругая релаксационая

Рисунок 2.1 – Виды поларизации

Таблица 2.1 – Особенности упругих и неупругих видов поляризации

Упругие виды	Неупругие виды
1. Малое время установления t < ~ 10-12 c.	1. Относительно большое время установления t < ~ 10-7 c.
2. малые смещения связанных зарядов (в пределах упругих сил), на расстояния значительно меньшие межатомных.	2. Смещение связанных зарядов происходит на расстояния порядка межатомных (упругие силы преодолеваются).
3. отсутствие рассеяния энергии в виде тепла на радиочастотах.	3. имеют место потери энергии в виде тепла в процессе установления на радиочастотах.

Указанные в таблице отличия взаимно обусловлены. Если заряды связаны сильным внутренним полем, а внешнее электрическое поле и тепловые колебания не способны разорвать эти связи, то происходит небольшое смещение заряда в пределах действия упругих сил. Энергия внешнего источника поля, затраченная на смещение зарядов, практически полностью возвращается источнику после снятия поля, - в процессе обратного смещения во внешней цепи индуцируется ток, имеющий противоположное направление по отношению к току прямого смещения. Время установления упругих поляризаций мало, так как оно определяется динамическим смещением микрочастиц при воздействии на них поля.

Если заряды «привязаны» к своему месту относительно слабо и способны, преодолев упругие силы, сместиться на расстояние, равное одному или нескольким межатомным расстояниям, то с неизбежностью возникает их взаимодействие с окружающими частицами. Таким образом, в процессе неупругой поляризации часть энергии внешнего поля будет передана среде в виде тепловой энергии. Следует отметить, что причиной возникновения неупругих поляризаций является совместное действие внешнего электрического поля и теплового движения частиц среды. Одно внешнее поле не способно разорвать даже слабые связи, поэтому релаксационная поляризация должна быть термоактивирована. Вследствие этого, характерное время установления поляризации определяется не динамикой смещения частиц в поле, а характерным временем термоактивационного прыжка.

Название «релаксационные» большинство неупругих видов поляризации получило из-за того, что процесс их установления во времени t описывается релаксационными законами, содержащими затухающие экспоненты типа exp(-t / t). Параметр t, который называется временем релаксации, по сути определяет время установления данной поляризации. Любая релаксационная поляризация связана с перемещением связанного заряда на расстояния, соизмеримые или большие, чем межатомные расстояния.