Электростатика

пьезоэлектрической вы-
числительной среды
(ПЭВС) с функциями запоминающих 
устройств. При этом использовалось два типа динамических 
неоднородностей сегнетоэлектрические домены для хранения 
информации и акустические волны для обработки информа-
ции. 
Важно отметить, что в этом случае решается принципи-
ально новая технологическая задача: активная диэлектрическая 
континуальная среда в виде твердых тел заменяется аналогич-
ной пленочной структурой. При этом необходимо воспроизве-
сти сегнетоэлектрические свойства в тонких континуальных 
слоях. Сложность заключается в том, что физическая природа 
сегнетоэлектричества формируется дальнодействующими си-
лами дипольного происхождения. Радиус действия таких сил 
определяется корреляционной длиной. В этом случае толщина 
слоев сегнетоэлектрика должна на порядок превышать корре-
ляционную длину и составлять 100 - 500 нм. При этом необхо-
димо достаточно точно воспроизвести стехиометрии трех-, че-
тырех- и более компонентного состава. В этих пленках должны 
быть сохранены физические свойства объемного материала. 
При этом одновременно уменьшаются управляющие электри-

---

96 
ческие и механические напряжения, оптические и акустиче-
ские потери, улучшаются другие потребительские свойства. 
Вопросы получения промышленных пленок сегнетоэлек-
триков являются специальной, технологической проблемой. 
Информационным значениям «0» или «1» соответствует раз-
ность фаз считываемого сигнала в 2 , что соответствует на-
правлениям поляризации ±
 Р
2
в отдельных ячейках памяти. 
Разработанные
пьезокермические матрицы
(ПКМ) функ-
ционируют на принципе импульсного или резонансного считы-
вания информации и напоминают конструкцию, рассмотренную 
на рис. 3.6. 
Считывание информации происходит без ее разрушения с 
тактовой частотой до 1 МГц, определяемой временем перепо-
ляризации (около 50мкс). Допускается 10
6
- 10
8
циклов переза-
писи информации. Разработаны интегральные ПКМ емкостью 
более 512 бит с напряжением перезаписи порядка 4 В, рабо-
тающие в интервале температур 80 - 200 °С, выдерживающие 
ударные нагрузки до 3∙10
4
g
и отличающиеся высокой радиаци-
онной стойкостью. 
Следует отметить возможность увеличения на порядок 
плотности записи информации без увеличения числа ячеек па-
мяти. В основе лежит физический принцип переключения поля-
ризации из состояния – 
Р
2
в состояние +
Р
2
.
Из-за отсутствия 
абсолютного порога переключения можно один бит информа-
ции, например «1», разложить на амплитудный мно-
гоуровневый аналоговый сигнал и воспользоваться законами 
многозначной логики. Так, в ПКМ достаточно легко обеспечить 
20 уровней ±
Р
2
во всем диапазоне ± Р
2
с разрешением цифроа-
налогового преобразования 10
-1
В. Одним из основных требова-
ний к сегнетоэлектрическим материалам таких ПКМ является 
обеспечение коэффициента прямоугольности петли диэлектри-
ческого гистерезиса 0,85 К
ПР
= Р
2
/ Ps< 1. Весьма перспектив-
ным материалом для ЗУ являются сегнетоэлектрические пленки 
на основе нитрата калия (KNO
3
). Они отличаются малым вре-

---

97 
менем переключения порядка 10
-9
с, высокой тактовой частотой 
около 10
8
Гц, малыми геометрическими размерами доменов, 
позволяющими получить размер ячейки около 20 мкм
2
и, соот-
ветственно, достичь степени интеграции 10
8
- 10
19
бит/см
2
. Ем-
костные элементы функциональной электроники нашли пер-
спективное применение в устройствах памяти схемотехниче-
ской электроники. 
Известно, что однимиз существенных недостатков суще-
ствующих схем памяти является отсутствие энергозависимости. 
Разработано несколько подходов к созданию энергонезависи-
мых схем памяти. Лучший результат дает технология осажде-
ния на поверхность тонкой пленки цирконата титаната свинца 
(ЦТС или PZT), с помощью которой формируются сегнетоэлек-
трические конденсаторы. Такие конденсаторы соответствую-
щим образом поляризуются и, имея высокое значение диэлек-
трической проницаемости ( 1200), обеспечивают определен-
ное состояние ЗУ при частом отключении питания. Керамика 
цирконат титанат свинца(PZT) обладает высоким удельным со-
противлением (изолятор), термической и химической стойко-
стью, высокой механической прочностью. Температура фазово-
го перехода PZT-керамики составляет 330 °С, и поэтому такие 
схемы могут работать в температурном диапазоне от - 180 до + 
320 °С. Пробивное напряжение таких схем составляет около 40 
В, диэлектрическая проницаемость выше 1,2 x 10
3
, что позволя-
ет резко повысить плотность интеграции по сравнению с из-
вестными схемами ДОЗУ. Таким образом, динамические неод-
нородности в виде сегнетоэлектрических доменов, встроенных 
в устройства схемотехнической электроники, позволяют полу-
чить их новое качество, существенно улучшить выходные ха-
рактеристики. 

---

98