DE2232000A1

DE2232000A1 - Domaenen-schaltelement und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2232000A1
Application number: DE2232000A
Authority: DE
Inventors: Sakichi Ashida; Akio Kumada; Saburo Monogaki; Hirohumi Ogawa; Yoshihiro Onishi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1971-06-30
Filing date: 1972-06-29
Publication date: 1973-01-11
Also published as: FR2143889B1; NL162779C; US3781086A; NL7209184A; FR2143889A1; NL162779B; GB1392251A

Description

Patentanwälte DlpL-lng. R. BEETZ sen.

^raDr"nS: E βΤΓ?ζ°£^Τ 81-18.967P(18.968H) 29.6.1972

• Mlaohan 22, Steinsdorfstr. 10

HITACHI Ltd.. Tokio (Japan)

Domänen-Schaltelement und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Domänen-Sehaltelement unter Verwendung einer irregulären ferroelektrischen Substanz sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Elements.

Unter einem Domänen-Schaltelement wird eine Vorrichtung bzw. Anordnung verstanden, die einen positiven oder negativen Einbereich bzw. eine solche Einzeldomäne willkürlich ausbilden, wachsen lassen, aufrechterhalten oder zum Verschwinden bringen kann.

Unter einer irregulären ferroelektrischen Substanz wird ein ferroelektrisches Material verstanden, bei dem der Gitterzustand wechselt bzw, verändert wird, wenn sich der Zu-

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stand der spontanen Polarisation von positiv nach negativ oder umgekehrt ändert.

Das heißt, wenn ein ferroelektrisches Material wie etwa Kaiiumdihydrogenphosphat (nachfolgend als KDP bezeichnet) oder Gadoliniummolybdat (nachfolgend als GMO bezeichnet) in ein elektrisches Feld von Schwellwertstärke gebracht wird (' oder entsprechend einer mechanischen Beanspruchung ausgesetzt wird), dessen Polarität von der spontanen Polarisation des ferroelektrischen Materials verschieden ist, so wandelt sich die spontane Polarisation in Richtung der Polarität des aufgeprägten Feldes um, wobei der Gitterzustand im ferroelektrischen Material ebenfalls geändert wird.

Die Änderung der Polarität läßt sich mit Hilfe eines Modells wie folgt erklärenι

Es sei angenommen, daß der Kristall aus ferroelektrisehern Material die Gestalt eines rechteckigen (bzw« rechtwinkligen) Parallelepipeds mit den Kantenlängen a, b und c mit (a < b) hat, wobei die Kanten a, b und c parallel zu den kristallographisehen Achsen a, b und c des Materials verlaufen und daß der Kristall eine spontane Polarisation in Richtung parallel zur c-Achse besitzt.

Wenn nun am Kristall ein elektrisches Schwellenfeld (oder eine entsprechende mechanische Spannung) angelegt wird, das (oder die) stärker ist als die Koerzitivkraft, so kehrt sich die Richtung der spontanen Polarisation um. Das bedeutet weiter, daß die Gitteranordnung im Raum um 90 um die c-Achse gedreht wird, und zwar ist diese Drehung gleichbedeutend einem Austausch zwischen der a-Achse und der b-Achse.

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Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden solche Ferroelektrika, die unter geeigneten Bedingungen die vorstehend beschriebene Zustandsänderung erfahren, speziell als irreguläre Ferroelektrika bezeichnet und von solchen Ferroelektrika wie Triglycinsulfat oder Bariumtitanat unterschieden, bei denen die Polarität der spontanen Polarisation bei Anlegung eines Schwellenfeldes (in diesem Fall hat eine mechanische Beanspruchung keine Wirkung) verschoben wird, aber die Gitteranordnung unbeeinflußt bleibt.

Die nachfolgend angegebene Tabelle zeigt Beispiele für solche irreguläre Ferroelektrika.

Punktgruppe	Substanz
mm2	KDP, GMO, Boracit, Steinsalz, Molybdate von Seltenerdelementen
2-11	Ammonium-Cadmiumsulfat, Me thylammonium- ΑΙ uminiumsulf at » 12 hydrat

In der vorstehenden Tabelle bezeichnet "mm2" zwei auf den Gitterpunkt bezogene Spiegellinien und eine "Punktgruppensymmetrie 2" und "2-II" bedeutet zwei Punktgruppensymmetrie 2.

Die bemerkenswerte Eigenschaft der irregulären ferroelektrischen Materialien ist ein "Memory-Effekt" infolge der Verschiebung der spontanen Polarisation. Der Zustand der spontanen Polarisation bleibt unverändert, solange keine (über dem Schwellwert liegende) äußere Kraft auf den Kristall einwirkt.

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Ferner sind die oben erwähnten irregulären Ferroelektrika kristalloptisch biaxial doppelbrechend. Demgemäß ist die Umkehr der spontanen Polarisation der Drehung der Gitteranordnung um die c-Achse um 9-0 (bzw. einem Austausch zwischen der a-Achse und b-Achse) äquivalent,und die kristalloptische Eigenschaft des Materials ändert sich daher mit Veränderungen der spontanen Polarisation.

Um daher solche irreguläre ferroelektrische Materialien bei optischen Mitteln anwenden zu können, muß ihr Kristall zu einer Kristallplatte mit homogenen optischen Eigenschaften (z. B. Einzeldomäne) geschnitten werden, bei welcher die kristalloptischen Eigenschaften entsprechend den Anwendungszwecken durch Änderung der Polarität der Einzeldomäne willkürlich kontrolliert werden können.

Zur Erläuterung der Erfindung sind Zeichnungen beigefügt; es zeigen;

Fig. 1a die Frontansicht einer c-geschnittenen Ebene eines quadratischen Gitters in der parallelelektrischen Phase;

Fig. 1b bis 1e Frontansichten des quadratischen Gitters gemäß Fig. 1a nach Gitterdeformation;

Fig. 2a und 2b Frontansichten der c-Schnittebenen von irregulären ferroelektrischen Kristallen mit Mehrbereichsstrukturen bzw. Multidomänenstrukturen, bei denen sich die Mehrbereiche bei dem in Fig. 2a gezeigten Kristall senkrecht zu denjenigen des in Fig. jb gezeigten Kristalls erstrecken;

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Fig. 2c eine Frontansicht einer c-Schnittebene eines irregulären ferroelektrischen Kristalls, bei dem Mehrbereiche senkrecht zueinander stehen·

3a und 3b Frontansichten von c-Schnittebenen von GMO-Einkristallen, bei denen Kerne (nuclei) bzw. Kerndomänen bei Anlegen einer Gleichspannung quer zu den Kristallen erzeugt werden;

Fig. 4a einen longitudinalen Querschnitt eines Hauptteils einer Ausführungsärt eines Domänen-Schal telement es mit Kernen in der Spannungsbzw« Beanspruchungsschicht (strain layer);

Fig. 4b und 4c longitudinale Querschnitte der Hauptteile anderer Ausführungsarten von Domänen-Schaltelementen mit Kernen in den Spannungsschichten;

Fig. 5 einen Querschnitt eines Hauptteils eines Domänen-Schaltelementes senkrecht zur Richtung der transparenten Elektroden auf dem Element;

Fig. 6a eine Frontansicht bzw. Aufsicht auf eine(r) c-geschnittene(n) Platte eines GMO-Kristails mit Multidomänen parallel zur ^I Ϊ O^ -Richtung;

Fig. 6b die c-geschnittene Platte gemäß Fig. 6a,bei der laterale bzw. seitlich verlaufende Kerne oder Kernbereiche gebildet sind;

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Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines Domänen-Schaltelementes;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Domänen-Schaltgeschwindigkeit und der Höhe der angelegten Spannung längs der c-Achse bei einer t/4 λ-GMO-Platte;

Fig. 9a und 9b längsgerichtete Querschnitte des Hauptteils eines Domänen-Schaltelementes vom A-Typ bzw. B-Typ;

Fig. 10a, 10b und 11 die Schwellwertcharakteristiken von Elementen vom A- bzw. B-Typ, die jeweils aus einer c-geschnittenen Platte von i/4-Wellenlänge von GMO-Kristallen gebildet sind;

Fig. 12 ein Beispiel für ein Element zur Darlegung eines Reihen-(oder Säulen-)Musters aus einem GMO-Kristall;

Fig. 13 ein weiteres Beispiel für ein ähnliches Element zur Darlegung eines solchen Musters;

Fig. 14 ein verbessertes Element zur Darlegung eines solchen Musters;

Fig. 15 ein Beispiel für die Durchführung des Verfahrens zur Erzeugung eines Domänen-Schaltelementes gemäß der Erfindung unter Anwendung radioaktiver Strahlung;

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Fig. 16 ein weiteres Beispiel für die Durchführung des Verfahrens zur Erzeugung eines Domänen-Schal telement es gemäß der Erfindung, ebenfalls unter Anwendung radioaktiver Strahlung;

Fig. 17 und 18 longitudinale Querschnitte zur Veranschaulichung des Unterschiedes zwischen zwei Arten von Domänen-Schaltelementen mit Spannungsschichten nach Vollendung, wobei in Fig. 17 ein Element mit einer Spannungsschicht auf nur einer Seite und in Fig. 18 ein Element mit Spannungsschichten auf beiden Seiten gezeigt wird;

Fig. 1.9 eine c-geschnittene GMO-Platte mit vollständiger Abdeckung einer ihrer Hauptflächen mit einem "Nesa-Film";

Fig. 20 eine c-geschnittene GMO-Platte,deren eine Hauptfläche vollständig mit einem aus der ' Dampfphase abgeschiedenen Alkalihalogenidfilm abgedeckt ist, mit einem auf dem Alkalihalogenidf ilm gebildeten "Nesa-Film";

Fig. 21 den inneren Aufbau einer c-geschnittenen GMO-Platte, die mit einer Doppelschicht aus Alkalihalogenid und Nesa-Film abgedeckt ist; und

Fig. 22 den Aufbau der Spannungsschicht der c-geschnittenen GMO-Platte nach Spülen mit Wasser.

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Bei einem irregulären ferroelektrischen Material kann das Einheitsgitter des Kristalls in ein Paar von primitiven Gittern transformiert werden, die beim Übergang von der paraelektrischen zur ferroelektrischen Phase zwischeneinander wechseln können.

So hat ein GMO-Einkristall beispielsweise in der paraelektrischen Phase, wie sie in Fig. 1a angedeutet ist, ein quadratisches Gitter (in Fig. 1 ist das quadratische Gitter längs einer Ebene senkrecht zur c-Achse, i. e. zur ferroelektrischen Achse geschnitten, und die durchgezogene Linie zeigt eine Elementarzelle des tetragonalen Systems längs ihrer kristallographischen Achsen, während die unterbrochene Linie eine Elementarzelle des orthorhombischen Systems zeigt),dieses quadratische Gitter kann jedoch in der ferro» elektrischen Phase in vier Gitter 2^, 2^, 2₂ und 2'₂ transformiert sein, wie sie in den Fig. 1b bis 1e angedeutet sind. Die Polarisation von jedem der vier Primitivgitter kann umgekehrt werden. Diese vier Gitter können in eine Gruppe mit Gittern 2.. und 2' sowie eine andere mit Gittern 2₂ und 2· eingeteilt werden, bei denen die Gitter jeder Gruppe in der Lage.sind, bei Umkehr der Polarisation ineinander überzugehen. Das heißt, bei jeder Gruppe kann eine Gitteranordnung in die andere umgewandelt werden, wenn an dem Kristall eine Spannung angelegt wird, die·höher ist als die Koerzitivkraft und eine zur spontanen Polarisation des Kristalls in der vorliegenden Gitteranordnung entgegengesetzte Polarität besitzt (die spontane Polarisation ist nach der Transformation umgekehrt). Darüber hinaus können solche vier Arten von Primitivgittern, die zusammen im Kristall existieren, zu einem Einbereich bzw. einer Einzeldomäne mit einer einzigen Polarität "zusammen-

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wachsen" (grow up), wenn am Kristall ein äußeres Feld (oder eine mechanische Spannung) angelegt wird.

Die Fig. 2a bis 2c zeigen die Zustände der Polarisationen in der c-Ebene (senkrecht zur c-Achse) eines GMO-Einkristalls, und wie man sieht, wechseln Domänen mit entgegengesetzten Polaritäten über Bereichswände aneinander- · stoßend miteinander ab. Wenn nun die Stärke des angelegten äußeren Feldes zunimmt, werden die Domänen, deren Polarisation zur Polarität des angelegten Feldes entgegengesetzt ist, allmählich invertiert, und gleichzeitig mit dieser Po-larisationsumkehr findet eine Gitterdeformation statt, so daß die Domänenwände sich senkrecht zu den entgegengesetzten Domänen hin bewegen. Wenn die äußere Spannung fortfällt, hört die Bewegung der Domänenwände auf und sie bleiben stehen. Demgemäß kann die vorwärts oder entgegengesetzt gerichtete Verschiebung und die Fixierung der Domänenwände · durch Steuerung der angelegten elektrischen Spannung (oder mechanischen Beanspruchung) kontrolliert werden.

Bs ist hier zu bemerken, daß es einen Fall gibt, wo Domänen 2.. , 2' und 2.* 2' auftreten, deren Domänenwände senkrecht zueinander wachsen, wie es in Fig. 2c gezeigt ist, wenn die Domänenwand unter der Kontrolle eines äußeren Feldes verschoben wird. Xn diesem Fall passiert es oft, daß das weitere Wachstum solcher Domänen einen Bruch des Kristalls verursacht, da längs der Grenzlinie zwischen zueinander senkrechten Domänen erhebliche Kräfte auftreten. Um daher solche irreguläre Ferroelektrlka für den fraglichen Zweck verwenden zu können, muß der Kristall ein Einbereichselement und frei von solchen zueinander senkrechten Domänen sein.

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Für die Erzeugung einer Einzeldomäne in einem GMO-Einkristall ist es lediglich notwendig, daß im Kristall ein Kern (nachfolgend als Kerndomäne bezeichnet) einer Domäne mit bestimmter Polarität erzeugt wird. Die Kerndomäne wächst dann in der Richtung normal zu ihrer Domänenwand an. Wenn beispielsweise eine Gleichspannung von etwa 100 V an eine c-geschnittene (001)-GMO-Platte von ' 10 mm Länge,' 10 mm Breite und 0,3^ mm Dicke angelegt wird, werden Kerndomänen bzw. Domänenkerne 5.., 5₂ ^unc* 5' ·, » 5'₂ nahe der Domäne 5¹ _Λ der Platte senkrecht zur Richtung <^110)> erzeugt. Beim Anwachsen der Kerndomänen üben sie solche Kräfte aufeinander aus, daß die einzelnen Domänen an einem weiteren Wachstum gehindert werden. Wenn nun eine weit höhere Spannung zur Herbeiführung eines weiteren Wachstums solcher Domänen angelegt wird, neigt die Kristallplatte zum Zerbrechen·

Ein Domänen-Schaltelement, bei dem die Umkehr der spontanen Polarisation durch Eliminierung von (zueinander) senkrechten Kerndomänen vom irregulären ferroelektrischen Kristall erleichtert wird und ein Verfahren zur Herstellung des Elementes, sind in der deutschen Patentanmeldung 20 12 0^7 angegeben. Danach werden zwei Kerndomänen von jeweils einer einzigen Polarität, die von der einen zur anderen entgegengesetzt ist, an beiden Seiten des Bereichs einer c-geschnittenen Einkristallplatte aus irregulärem ferroelektrischen Material vorgesehen, der mit Mitteln zur Kontrolle der spontanen Polarisation versehen ist.

Die Technik gemäß dieser deutschen Patentanmeldung hat jedoch folgende Mängel:

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1) Die Polaritäten (negativ oder positiv, je nach Richtung der spontanen Polarisation) der beiden Kerndomänen an beiden Seiten des Schaltbereichs (i, e. Bereichs, innerhalb dessen die Domänenwände im irregulären ferroelektrischen Kristall reversibel bewegt werden können) müssen einander entgegengesetzt gemacht werden. Wenn die Umkehr der Polarität einer Domäne gewünscht wird, muß an die Domäne lediglich eine elektrische oder mechanische Spannung angelegt werden. Da jedoch für die Kerndomänen keine Elektroden vorgesehen sind, ist es sehr schwierig, die Polaritäten der Kerndomänen willkürlich zu kontrollieren, insbesondere wenn das Domänen-Schaltelement sehr klein ist oder viele solche Elemente erzeugt werden.

2) Bei Anlegen einer Spannung an den irregulären ferroelektrischen Kristall, um die Polarität der Domäne im Kristall gleich derjenigen von einer der Kerndomänen zu machen, bewegen sich die Domänenwände zwischen dem Schaltbereich und den Kerndomänen allmählich zu der Domäne mit entgegengesetzter^Polarltät hin und kommen schließlich an der Grenze zwischen der Domäne und den Kerndomänen zum Stillstand. Grund dafür ist, daß die Menge der elektrischen Ladungen Q (i. e. Q= 2j"w.Pgdx, wobei ¥ die Länge der Domänenwand, Pg die Höhe der spontanen Polarisation des irregulären ferroelektrischen Materials und χ die Verschiebungsdistanz der Domänenwand sind) zur Verschiebung der Domänenwand nicht zugeliefert werden kann, da keine Elektroden für die Kerndomäne vorgesehen sind. In diesem Fall liegt die Domänenwand jedoch nicht exakt auf der Grenze zwischen dem Schaltbereich und den Kerndomänen, sondern neigt zum Eindringen in die Kerndomänen. Das rührt daher, daß die den Kerndomänen entsprechenden Teile der Oberfläche des Kri-

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stalls infolge der durch Feuchtigkeit verursachten Streuspannung oder bei zu langzeitiger Anlegung einer Gleichspannung leitfähig werden. Venn die Domänenwand in die Kerndomänen eindringt, wird der Schaltvorgang durch Anlegen einer Umkehrspannung schwierig.

3) Ferner treten Schwierigkeiten bei der Entfernung der Nesa-Elektroden auf, wenn die Kerndomänen auf beiden Seiten des Schaltbereichs gebildet werden. Neben der Elektrolyse in Natriumchloridlösung wird nämlich ein Verfahren zur Entfernung von Nesa-Elektroden vorgeschlagen, bei dem ein Metall wie Aluminium auf dem zu entfernenden Teil aus der Dampfphase abgeschieden wird, das dann mit der Nesa-Elektrode beschichtet wird,und schließlich werden Nesa-Elektrode und Aluminiumschicht zusammen in Alkalilösung entfernt. In beiden Fällen besteht jedoch die Tendenz, daß während des Prozesses zur Entfernung der Nesa-Elektrode der Teil der Elektrode beschädigt wird, der als eine Elektrode für die Domänen-Schaltung dient.

Wie vorstehend erläutert wurde, wird die in der deutschen Patentanmeldung 20 12 047 beschriebene Anordnung instabil, wenn eine Gleichspannung kontinuierlich für sehr lange Zeiten angelegt wird oder wenn viel Feuchtigkeit vorhanden ist. Außerdem ist die Art und Weise der Entfernung der Nesa-Elektrode nicht befriedigend. Natürlich kann das Schaltelement wenn nicht vollständig so doch weitgehend frei von Störspannung sein, wenn die Betriebsschaltung geeignet gewählt wird oder die Elektroden des Elementes durch einen hohen Widerstand kurzgeschlossen werden, wenn keine Spannung über den Elektroden anliegt. Auch kann das Element vor Feuchtigkeit durch Beschichtung mit feuchtigkeits-

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abstoßenden Mitteln geschützt werden. Diese Kunstgriffe für die Stabilisierung richten sich jedoch gegen,äußere Einflüsse und sind daher keine Mittel zur Stabilisierung der Kerndomänen selbst.

Ziel der Erfindung ist daher die Ausschaltung der vorstehend erwähnten Schwierigkeiten der herkömmlichen Domänen-Schaltelemente aus irregulären ferroelektrischen Kristallen, und zwar bezweckt die Erfindung insbesondere ein Domänen-Schaltelement aus irregulärem ferroelektrischem Material, das nicht durch Streuspannung beeinträchtigt wird. Weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schaltelementes, nach dem Kerndomänen leicht zu erzeugen sind.

Das erfindungsgemäße Domänen-Schaltelement umfaßt eine Kristallplatte aus irregulärem ferroelektrischen Material mit zwei sich gegenüberstehenden ferroelektrischen Oberflächen, wobei die Kristallplatte

a) eine erste Spannungsschicht mit Mehrbereichs- bzw. MuItidomänenstruktur umfaßt, deren eines Ende sich entlang .der ^110^-Richtung erstreckt,

b) eine zweite von der ersten Schicht isolierte Spannungsschicht mit Mehrbereichsstruktur, dessen eines Ende sich entlang der ζλ 1O^ -Richtung erstreckt, und

c) einen Schaltbereich bzw. eine Schaltregion, die zwischen dem <110^ -Ende der ersten Spannungsschicht und dem <T1O> -Ende der zweiten Spannungsschicht eingeschoben ist und mit diesen in Kontakt gehalten wird. V -

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Die Schaitoperation erfolgt durch Anlegen einer Spannung von bestimmter Polarität an das Element über Elektroden, die auf den ferroelektrischen Oberflächen des Schaltbereichs bzw. der Schaltregion vorgesehen sind.

Die mechanisch beanspruchte bzw. unter mechanischer Spannung stehende Spannungsschicht des Domänen-Schaltelementes wird ehtwedder aus einer festen Lösung von Natriumhalogenid, Kaliumhalogenid oder Lithiumhalogenid und dem das Element bildenden irregulären ferroelektrischen Material gebildet oder durch Erzeugung einer großen Anzahl von Gitterfehlern im irregulären ferroelektrischen Kristall durch Bestrahlung (insbesondere mit Neutronen) gebildet. Diese Spannungsschichten dienen als Kernbereiche bzw. Kerndomänen (nucleus domains).

Beim Domänen-Schaltelement gemäß der Erfindung scheinen die Kerndomänen schmaler zu sein als sie in Wirklichkeit sind, wenn die zu der Schaltregion nahen Teile der Kerndomänen die gleiche Polarität wie die Schaltregion besitzen. Tatsächlich jedoch sollten die Spannungsschichten als die Kerndomänen betrachtet werden.

Bei der Bildung der Spannungsschichten des erfindungsgemäßen Domänen-Schaltelements aus irregulärem ferroelektrisehen Material werden

1) feste Filme auf der Einkristall-Platte aus irregulärem ferroelektrischen Material in Halogenidatmosphäre bei Temperaturen oberhalb des Curie-Punktes des Kristalls (etwa 500 C) abgeschieden, die die Gestalt von Streifen haben, die sich parallel zu der <11Q>-Kante erstrecken, und danach wird

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2) die Einkristall-Platte unter den Curie-Punkt (Τ_β) abgekühlt, so daß eine Mehrbereichsstruktur in den festen Filmen gebildet wird, und so Spannungsschichten zu beiden Seiten der Schaltregion entstehen, die als Kernbereiche in der Mehrbereichsstruktur dienen.

• Gemäß einer weiteren Art und Weise zur Bildung der Spannungsschichten innerhalb der einander entgegengesetzten Oberflächen(teile) der Schaltre'gion des Domänen-Schaltelementes aus irregulärem ferroelektrischen Material werden die 'Teile der Schaltregion, an denen Spannungsschichten erzeugt werden sollen, einer radioaktiven Strahlung derart ausgesetzt, daß die Anordnung der Atome an den bestrahlten Teilen "kollabiert" und infolge der in den bestrahlten Teilen verursachten Volumenänderung Spannungsschichten ausgebildet werden, die wiederum Anlaß zu einer Mehrbereichsstruktur geben.

Die durch Vorsehen von Kerndomänen von Mehrbereichsstruktur im Domänen-Schaltelement aus irregulärem ferroelektrischen Material erzielbaren Vorteile sind folgendes

1) Das Eindringen der Domänenwand in den Kernbereich, das schließlich den Kernbereich zum Verschwinden bringen könnte, wird verhindert, und die Domänenwand dringt niemals über eine gewisse Distanz hinaus vom Schaltbereich bzw. der Schaltregion in den Kernbereich ein.

2) Wenn das erfindungsgemäße Domänen-Schaltelement so hergestellt ist, wie es in Fig. 5 gezeigt wird, d. h. ohne irgendeine Domänenwand an irgendeiner Seite der Schaltregion (wo Elektroden angeordnet werden), ist es ein Domänen-;

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Schaltelement vom Typ A, bei dem der Schaltvorgang bei einem bestimmten Schwellwert erfolgt. ,

3) Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung eines Domänen-Schaltelementes aus irregulärem ferroelektrischen Material kann ein kleiner Kernbereich leicht erzeugt werden, ~so daß die Größe des Elementes vermindert werden kann.

Es folgt eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungens

Ausführungsart 1

Eine c-geschnittene Platte von etwa 0,6 mm Dicke wird aus einem GMO-Einkristall herausgeschnitten und an den entgegengesetzten Flächen bis auf eine Dicke von größenordnungsmäßig 400 /u grob geschliffen. Diese Platte wird dann auf eine Platte 3 von 1/4 Wellenlänge mit einer Dicke von größenordnungsmäßig 387 /U und einer Ebenheit von etwa A/10 optisch feingeschliffen bzw. poliert. Eine im wesentlichen aus SnCIr bestehende "Nesa-Lösung" wird dann bei etwa 550 C 5 Minuten lang auf eine der geschliffenen Oberflächen der Platte 3 mit 1/4 Wellenlänge aufgesprüht zur Erzeugung einer transparenten Elektrode 6, wie es in Fig. 4a gezeigt ist.

Etwa 1 g NaCl (oder etwa 0,2 g LiF) wird dann in einem Streifenmuster auf die andere Oberfläche der 1/4A-Platte 3 im Vakuum unter Verwendung einer Maske 7 mit einer Mehrzahl von Streifen von je 400 /U Breite aufgedampft, die parallel zueinander mit einer Teilung von 1000 /u, wie in Flg. 4b gezeigt 1st, angeordnet sind.

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Dann wird unter Verwendung einer Nesa-Lösung bei etwa 550 ⁰C eine transparente Elektrodenschicht auf der Oberfläche der 1/4A-Platte 3 mit aufgebrachten NaCl- bzw. LiF-Streifen erzeugt. Wenn die Platte 3 dann nach langsamer Abkühlung auf Zimmertemperatur sorgfältig mit siedendem Wasser gereinigt wird, werden die auf den mit NaCl oder LiF bedeckten Oberflächenteilen befindlichen Anteile der transparenten Elektrode entfernt unter Zurücklassung eines Streifenmusters aus alternierenden Streifen von transparenten Elektroden 6' von etwa 0,6 mm Breite und Kernbereichen 8 von etwa 0,4 mm Breite, wie es in Fig. 4c gezeigt ist.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß jeder Kernbereich 8 eine Mehrzahl von Domänen I8.., 18_, ... umfaßt, die unterhalb einer Spannungsschicht gebildet sind, die hauptsächlich aus NaGd(MoO^)₂ oder LiGd(MoO^)₂ besteht und durch Reaktion zwischen NaCl oder LiF und GMO erzeugt worden ist. In dem Zustand, in dem die Reaktionsschicht in der einkristallinen Platte 3 gebildet ist, können "seitliche" Kerne 21 sich im rechten Winkel zu den in Längsrichtung in Form von Streifen verlaufenden Domänen 18 erstrecken, wie in Fig. 6b gezeigt ist.

Diese unerwünschten Kerne 21 können jedoch leicht durch Aufprägung von Druck in Richtung der b-Achse «010^) eliminiert werden, so daß ein streifiges Domänen-Schaltelement, wie es in Fig. 6a gezeigt ist, erhalten werden kann.

Eine Einzeldomänenstruktur kann erhalten werden, wenn die Elektroden über die gesamte Oberfläche des Kristalls abgeschieden werden und eine hohe Kraft in Richtung der

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b-Achse aufgeprägt wird, während die Elektroden kurzgeschlossen sind.

Wenn das Multidomänenmuster beispielsweise durch die Wirkung eines elektrostatischen Feldes erzeugt worden wäre, könnte die Reproduktion des Musters nicht erwartet werden, selbst nach Entfernen der (einwirkenden) Kraft, und dasselbe würde zutreffen für den Fall, daß ein elektrisches Feld anstelle der Kraft aufgeprägt wird.

Im vorliegenden Fall konnte jedoch das Multidomänenmuster im wesentlichen reproduziert werden, selbst nach Entfernen der an dem Kristall angelegten Kraft oder elektrischen Spannung. Die Reproduktionsrate war bei Verwendung von LiF besser als mit NaCl.

Zum direkten Nachweis der Tatsache, daß das Multidomänenmuster durch die im Bereich der Schicht auftretende Spannung erzeugt wird, wurde ein Test mit Aufprägung von Druck durchgeführt, während der mit NaCl oder LiF umgesetzte Kernanteil allmählich von der Oberfläche des Kristalls her abgeschliffen wurde. Dabei wurde bei Entfernung des Oberflächenbereichs über eine Tiefe von etwa 30 /u keine wesentliche Wirkung beobachtet. Wenn der Oberflächenbereich jedoch über eine Tiefe von etwa 36 /u entfernt und Druck angelegt wurde, bis eine Einzeldomäne erhalten werden konnte, verblieb die Einzeldomänenstruktur, und die Multi· domänenstruktur konnte nicht erhalten werden, selbst wenn die Beanspruchung nach Anwendung des Druckes entfernt wurde.

Die durch die Reaktion zwischen GMO und NaCl oder LiF erzeugte Reaktionsschicht wurde durch Röntgenbeugungs-

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methoden untersucht. Die Ergebnisse beweisen die Anwesenheit von NaGd(MoO₂^)₂ bzw. LiGd(MoO^)₂ in der Schicht. Weiter besagen die Ergebnisse von Messungen mit einem Interferenzmikroskop, daß die Dicke der transparenten Elektrodenportionen in der Gegend von 800 A liegt,und die Oberfläche wurde über eine Tiefe von etwa 1 /U durch die Reaktion zwischen dem Krisfall und NaCl bzw. LiF geätzt.

Mikrophotographische Untersuchungen von Probenschnitten zur Messung der Tiefe der Reaktionsschicht ergaben, daß sich der offensichtlich als Reaktionsschicht zu betrachtende Anteil über eine Tiefe von größenordnungsmäßig 15 /u erstreckte. Dieser Reaktionsschichtanteil wurde mit einem Polarisationsmikroskop unter direktem Lichteinfall auf die Oberfläche betrachtet. Die Ergebnisse zeigten, daß ein alternierendes Hell-Dunkel-Streifenmuster im Streifenteil von etwa ^fOO /u Breite auftrat, wo die Reaktionsschicht erzeugt worden war, und infolge der in der Reaktionsschicht erzeugten (mechanischen) Spannung hatte dieser Teil des Kristalls eine^gestreifte Multidomänenstruktur. Anhand dieser Ergebnisse kann geschlossen werden, daß der Kern eine Struktur besitzt, wie sie in Fig. 7 gezeigt wird.

Es erwies sich somit, daß die Multidomänenstruktur in solch einem Fall nicht vollständig reproduziert werden konnte. In Anbetracht der vorstehenden Tatsache wird angenommen, daß die Multidomänenstruktur offensichtlich durch die in der Reaktionsschicht auftretende(n) Kräfte bzw. Spannung erzeugt wird.

Was den Kristallteil betrifft, bei dem kein NaCl oder LiF angewendet wird und der sich sandwichartig zwischen den

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Elektrodenportionen befindet, so nimmt dieser einen stabilen Zustand an, wenn er in Form einer Einzeldomäne vorliegt und diese Elektrodenportionen miteinander kurzgeschlossen werden. Wenn ein solcher Anteil des Kristalls in Form einer Multidomänenstruktur vorliegt, ist seine Energie um einen der Energie der Domänenwände entsprechenden Anteil höher. Der sandwichartig zwischen den Elektrodenportionen befindliche Teil des Kristalls, bei dem gemäß Fig. 6a allein die longitudinalen Kerne 18 im Element anwesend sind, kann somit einen stabilen Zustand annehmen, wenn er in Form einer Einzeldomäne vorliegt.

Bei der in Fig. 6b gezeigten Struktur wird die Energie jedoch aufgrund der Tatsache entsprechend höher, daß sich laterale Kerne 21 in den zwischen den Elektrodenportionen sandwichartig vorhandenen Kristallteil hinein erstrecken. Wenn daher ein Material wie NaCl in einem Streifenmuster auf eine der Oberflächen eines Einkristalls aus irregulärem ferroelektrischen Material in <1 1O)>-Richtung aufgedampft und die Oberfläche nach Abscheidung eines eine transparente Elektrode bildenden Materials auf der Oberfläche mit Wasser behandelt bzw. gereinigt wird unter Bildung einer Mehrzahl von streifenähnlichen Elektrodenportionen und einer Mehrzahl von zwischen den Elektrodenportionen zwischengeschobenen Multidomänenportionen, so ist die Wahrscheinlichkeit, mit der die unter den transparenten Elektrodenportionen liegenden Kristallportionen durch das Auftreten lateraler Kerne in eine Mehrzahl von Domänen unterteilt werden, geringer als die Wahrscheinlichkeit, mit der die longitudinalen Kerne allein gebildet werden und solche Kristallportionen die Form eines Einzelbereichs annehmen mit dem Ergebnis, daß eine Struktur, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, schließlich erhalten werden kann.

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Fig. 7 zeigt eine einkristalline GMO-Platte (13) mit transparenten Elektroden 6 und 6'. Mit 18 wird eine Mehrzahl von Multidomänenbereichen oder longitudinalen Kernen bezeichnet, und 19 sind Domänenwände. Da die longitudinalen Kerne 18 allein für die Schaltoperation wirksam und die lateralen Kerne 21 unerwünscht sind, ist das oben beschriebene Verfahren ein sehr bevorzugtes Mittel für die Erzeugung eines Domänenschaltelementes.

Anstelle der oben beschriebenen Anordnung, die aus einer Mehrzahl von Domänenschaltbereichen und Multidomänenbereichen besteht, kann eine Anordnung vorgesehen werden, bei der ein Paar von Multidomänenbereichen an entgegengesetzten Seiten eines Domänenschaltbereichs angeordnet sind. In einigen Spezialfällen, bei denen nur ein Schaltvorgang erforderlich ist, kann eine Anordnung benutzt werden, bei der ein solcher Multidomänenbereich nur auf einer Seite eines Domäne'ns chaltbereichs angeordnet ist.

Ausführungsvorm 2

In einer 1/4A-Platte, die aus einem c-geschnittenen GMO-Einkristall hergestellt wurde, werden in der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Weise Kerne gebildet. Genauer gesagt wird eine Elektrode in Form eines transparenten Films aus einem leitfähigen Material wie SnCIj, bei etwa 500 ⁰C auf eine Oberfläche der 1/4 λ-Platte abgeschieden und die Platte in Richtung ^11O^ zu einer rechteckigen Form mit einer Größe von 8 mm χ 6 mm geschnitten.

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Ein Paar von 1 mm breiten Streifen aus NaCl werden auf die andere Oberfläche der rechteckigen Platte an den entgegengesetzten Randbereichen der Kristalloberfläche längs der Seiten mit der Länge von 6 mm aufgedampft. Eine Elektrodenschicht in Form eines transparenten Films aus leitfähigem Material wird unter Verwendung von SnCl· über die gesamte letztere Fläche der Platte abgeschieden und ' die Platte dann langsam auf Zimmertemperatur abgekühlt.-Die'Platte wird anschließend sorgfältig mit Wasser gespült zur Erzielung eines Elementes, das an einander gegenüberliegenden Seiten der Platte mit einem Paar von Kernen von MuItidomänenstruktur versehen ist.

Wenn dann an diesem Element ein Druck in diagonaler Richtung aufgeprägt wird, gelangt der Schaltbereich in. die Form einer Einzeldomäne, da diese Richtung in Richtung der a-Achse des Kristalls liegt.

Wenn dann in der anderen Diagonalrichtung oder der Richtung der b-Achse senkrecht zur oben erwähnten Diagonalrichtung Druck angewandt wird, findet eine Umkehr zwischen der b-Achse und der a-Achse statt.

Auf diese Weise wird der Schaltbereich alternativ betätigt bzw. geschaltet, wenn eine zur Ausbildung einer Einzeldomäne von einer Polarität tendierende Kraft und eine Kraft, die zur Ausbildung einer Einzeldomäne der entgegengesetzten Polarität tendiert, dem Element in zueinander senkrechten Richtungen aufgeprägt werden.

Eine normalerweise eine Kraft in einer der zueinander senkrechten Richtungen aufprägende Feder wird dazu ver-

2 0 9 B ß 2 / 0 8 ΗΪ

wendet, kontinuierlich eine konstante (mechanische) Vorspannung am Kristall anzulegen, und eine mit einem Kolben belastete Feder wird so angeordnet, daß sie am Kristall eine Kraft in der dazu senkrechten Richtung erzeugen kann. ¥enn nun die den Kolben antreibende Kraft die Vorspannung überkompensiert, erfährt der Kristall einen Schaltvorgang, er wird jedoch in den Originalzustand zurückgeschaltet, wenn die den Kolben antreibende Kraft auf einen ¥ert vermindert wird, der geringer ist als die Vorspannung. Eine Erhöhung der Vorspannung führt dazu, daß für den Schaltvorgang am Kristall eine größere gegenwirkende Kraft erforderlich ist, und aus einer Verminderung der Vorspannung resultiert das Erfordernis einer geringeren Gegenwirkkraft für die Schaltung des Kristalls.

Das oben beschriebene Element wurde auf einer weiteren 1/^X-Platte angeordnet bzw. mit dieser kombiniert, und die "beiden Platten wurden in Diagonalbeziehung zwischen einem Paar von Polarisatoren mit zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen angeordnet. Auf diese Vorrichtung wurde mit Mitteln wabe einem He-Ne-Gaslaser ein Laserstrahl von 6328 Ä gerichtet.

Eine Art Waage oder Abgleichung (balance) konnte durch Ausnutzung der Tatsache erreicht werden, daß der durch die Vorrichtung hindurchgehende Lichtstrahl durch die Schaltoperation des Schaltelementes an- oder abgeschaltet werden kann. Bei diesem Abgleich werden ein Schirmmittel und eine Skala für die quantitative Messung der (mechanischen) Vorspannung verwendet.

Die Mittel zur Aufprägung der mechanischen Vorspannung

- 2k -

am Kristall können durch Mittel wie Zuleitungen ersetzt werden, die mit den transparenten Elektroden an den entgegengesetzten Flächen des Kristalls zur Anlegung einer (Gleich)-Vorspannung quer zum Kristall verbunden werden. Diese letztere Anordnung wird gegenüber den Mitteln zur, Atif prägung der mechanischen Vorspannung bevorzugt, da die -elektrische Spannung genauer quantitativ kontrolliert werden kann.

Die kontinuierliche Aufprägung einer Gleichspannung über eine ausgedehnte Zeitdauer hinweg führt jedoch zu einer Akkumulation von Raumladungen auf der Oberfläche des Kristalls mit einer Tendenz zu Schwankungen der Charakteristiken des Kristalls. Bei der praktischen Vorrichtung wurde daher eine Anordnung benutzt, bei der die (elektrische) Vorspannung nur während der Messung der äußeren auf den Kristall einwirkenden Kraft angelegt wurde, und die Elektroden am Kristall wurden normalerweise durch einen Widerstand mit hohem Widerstandswert in der Größenordnung von 1 ΜΩ. kurzgeschlossen.

Die Höhe der (Gleich)-Vorspannung kann derart geeignet gewählt werden, daß die Domänenwand im zentralen Bereich des Kristalls in Ruhe ist, wenn keine äußere Kraft auf den Kristall einwirkt.

Selbstverständlich wird der Kristall normalerweise durch die Kraft der mit dem druckaufprägenden Kolben verbundenen Feder leicht gepreßt, selbst wenn die äußere Kraft gleich Null ist. Ein gutes Ergebnis konnte erhalten werden, wenn die Kraft der dem Kolben zugeordneten Feder in der Ge-

gend von 2 kg/cm war. Das Element kann so äußere aufgeprägte Kräfte messen.

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Wenn der der Krafteinwirkung ausgesetzte Teil vollständig vom Element isoliert ist,, so daß keinerlei Kraft auf das Element einwirkt und dem Element positive und negative Impulse über Spannungsanschlüsse aufgeprägt werden, kann ein optischer Verschluß (shutter) mit Eignung für AnAbschaltung von Licht erhalten werden«

Die Dicke der mit dem von der He-Ne-Laseranordnung emittierten Laserstrahl bestrahlten 1/4X-Platte aus einkristallinem GMO liegt bei 387 /U, wie weiter oben beschrieben wurde. Der optische Schalter oder Verschluß kann daher den He-Ne-Laserstrahl abhängig von dem elektrischen Signal an- oder abschalten. Es wurde gefunden, daß dieser optische Schalter oder Verschluß im Vergleich zu konventio nellen mechanischen Schaltern oder Verschlüssen in der Wei se vorteilhaft ist, daß er bei hohen Geschwindigkeiten genau arbeiten kann und keine unerwünschten Vibrationen entwickelt.

Die 1/4A-Platte aus einkristallinem GMO mit einer Mehrzahl von Kernen, wie oben beschrieben wurde,kann eine stabile Schaltoperation ausführen. Wenn sie so beispiels weise als optischer Schalter öder Verschluß für weißes Licht, wie es üblicherweise in einer Kamera verwendet wird, gebrauchtwird, kann sie über eine lange Zeitdauer hinweg stabil arbeiten. Ein Paar von c-geschnittenen GMO- Platten mit jeweiligen Dicken von etwa 210 /u und 195 /U wurden in Diagonalbeziehung angeordnet und mit einer Stein salzkristallplatte mit einer Dicke von etwa 135 /U kombiniert zur Bildung eines Sandwichs, das zwischen einem Paar Polarisatoren angeordnet ist, deren Polarisationsrichtungen einen rechten Winkel zueinander bilden.

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Diese Vorrichtung wird vor einem Bildaufnahmeelement einer Farbfernsehkamera angeordnet. Eine Spannung von etwa 150 V wird quer zu den transparenten Elektroden an den entgegengesetzten Oberflächen der beiden GMO-Platten angelegt unter geeigneter Variation der Polarität derselben gemäß eines Programms, so daß eine solche Spannung in Form eines vorbestimmten Impulssignals aufgeprägt werden kann.

Der Farbmodulator mit obiger Struktur kann abhängig von den so programmierten elektrischen Signalen einfallendes weißes Licht nacheinander in Rot, Grün und Blau umwandeln. Dieser Farbmodulator kann stabile Schaltoperationen ohne irgendwelche Gefahr ausführen, daß die Kerne bei einer solchen Situation während der Schaltoperation durch Auftreten eines Zustandes zerstört werden, bei,dem solche Domänen in rechten Winkeln zueinander kreuzen.

Ausführungsart 3

Eine 1/4A-Platte aus einkristallinem GMO wird in der bei der ersten Ausführungsart beschriebenen Weise hergestellt. Eine im wesentlichen aus SnCIr bestehende, eine transparente Elektrode bildende Lösung wird bei etwa 550 C etwa 5 Minuten lang auf eine der Oberflächen der Platte gesprüht. Eine aus einer Mehrzahl von Streifen mit je 1 mm Breite in paralleler Anordnung mit einer Teilung von 2 mm gebildete Metallmaske wird über die andere Oberfläche der ΐ/^λ-Platte gelegt und nach Auflegen feinmaschiger Seidengaze auf die Metallmaske wird eine durch Mischen bzw. Verreiben von niedrigschmelzendem Glaspulver und Polyvinylalkohol erhaltene Paste mit einer Walze auf diese Oberfläche

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der 1/4 λ-Platte nach dem sog. Siebverfahren aufgetragen.

Die mit gepulvertem niedrigschmelzenden Glas in einem Streifenmuster mit 1 mm Breite und 2 mm Teilung oberflächlich beschichtete 1/4 λ-Platte wird in einen elektrischen Ofen gebracht und etwa 15 Minuten lang auf etwa 650 C .aufgeheizt. Danach wird die Platte langsam auf Zimmertemperatur abgekühlt zur Erzielung einer Struktur mit einer Mehrzahl von auseinandergerückten Glasfilmen bzw. -streifen auf einer Oberfläche der Kristallplatte.

Eine der oben beschriebenen ähnliche Metallmaske wird dann auf diese Oberfläche in der Weise aufgelegt, daß die Streifen der Metallmaske die Glasfilmteile abdecken und die mit Metallmaske versehene Kristallplatte wird dann in eine Vakuumvorrichtung gebracht. In dieser wird zunächst ein hohes Vakuum in der Gegend von 1O~ mmHg erzeugt und dann

-3 -h ein Vakuum in der Gegend von 10 bis 10 mmHg eingestellt« In die Vakuumvorrichtung wird unter Aufrechterhaltung des

-3 -4
Vakuums bei 10 bis 10 mmHg Sauerstoff eingelassen und Indium unter Aufheizen der Kristallplatte auf etwa 4θΟ C aufgedampft. Das aufgedampfte Indium wandelt sich in einen transparenten Film aus InO₂ von etwa 800 A Dicke um, und die Kristallplatte wird dann auf Zimmertemperatur abgekühlt.

Auf diese Weise kann ein zu dem bei der ersten Ausführungsart beschriebenen ähnliches Schaltelement erzeugt we rden. Bei dem so erhaltenen Schaltelement sind Streifenelektroden und Kerne von Multidomänenstniktur unter den durch das Glas erzeugten Spannungsschichten wie bei dem bei der ersten Ausführungsart beschriebenen Schaltelement •abwechselnd angeordnet.

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pQ

Die erste und zweite oben beschriebene Ausführungsart bezog sich auf ein Verfahren zur chemischen Erzeugung der Spannungsschicht durch Reaktion von NaCl oder LiF mit GMO. Das für die chemische Reaktion mit GMO verwendete Material ist jedoch in keiner Weise auf NaCl oder LiF beschränkt, "und es kann irgendein anderes geeignetes Material wie Fluoride eines Metalls wie Na gleich wirksam angewandt werden. Da die Natriumfluoride bei einer für die Abscheidung der transparenten Nesa-Elektrode angewandten Temperatur leicht mit GMO reagieren, kann aus diesen irgendein geeignetes Material ausgewählt werden.

Ferner kann in diesem Fall das Kation des Halogenids K oder Li sein und weiter kann ein Seltenerdelement wie La, Ce oder Nd einen Teil des R' in einer zum GMO isomorphen Struktur mit der allgemeinen Formel

_1-J₂O₃ - 3 Mo₁^ W_e O₃

ersetzen, in der R und R' Seltenerdelemente sind, χ im Bereich von 0 bis 1,0 und e im Bereich von 0 bis 0,2 liegt.

Weiterhin wurde bei der dritten Ausführungsart ein Verfahren angewandt, bei dem zur Erzeugung der Spannungsschicht anstelle der Verwendung einer durch chemische Reaktion erzeugten Schicht Glas auf die Oberfläche des Kristalls aufgeschmolzen wurde. Der Kern kann jedoch auch wirksam durch ein anderes Verfahren gebildet werden, bei dem ein eine Spannungsschicht bildendes Material mit einem von dem des Kristalls unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei einer Temperatur über der Curie-Temperatur durch Adhäsion mit dem Kristall verbunden wird. Der

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2232G00

Kern kann auch durch ein anderes Verfahren gebildet werden, bei dem das mit einer solchen Domäne bzw. einem solchen Kern zu bildende Gebiet zur Bildung der Spannungsschicht auf der Oberfläche mit Röntgenstrahlen oder irgendeiner anderen geeigneten Strahlungsart bestrahlt oder mit Ionen beschossen wird.

Ausführungsart h . .

Ein Domänen-Schaltelement aus einkristallinem GMO mit einer Mehrzahl von Kernen von Multidomänenstruktur (jeweils unter einer Spannungsschicht) wurde in der anhand der ersten und zweiten Ausführungsart beschriebenen Weise hergestellt. Auf die Endteile der transparenten Elektrodenstreifen auf einer Oberfläche des Schaltelementes und auf eine Endportion einer transparenten Elektrode auf der anderen Oberfläche des Schaltelementes wurde Indium aufgedampft, und Zu leitungen mit jeweils einem Indium-umkleideten Ende wurden mit den indiumbedampften 'Anschlußgebieten unter Anwendung von Wärme und Druck verbunden. Ein Stufenspannungsgenerator mit der Fähigkeit zur Erzeugung einer höchsten Spannung von etwa 400 V wurde über einen Widerstand mit einem Widerstandswert von 1 kn mit Masse verbunden. Die von den transparenten Elektrodenstreifen ausgehenden Zuleitungen des Domänen-Schaltelementes wurden nacheinander mit der Hochspannungaseite des Spannungsgenerators verbunden, und die von der transparenten Elektrode auf der anderen Seite ausgehende Leitung wurde mit dem Spannungsgenerator über einen Widerstand verbunden. Spannungen unterschiedlicher Höhen wurden mit dem Stufenspannungsgenerator erzeugt zur Messung der DomänenschaltCharakteristiken des Schaltelementes.

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Bei dieser Messung wurde der durch den Reihenwiderstand von 1 k Cl fließende Strom mit einem Sichtgerät (memory scope) beobachtet, und die für das Abfallen des Schaltstromes auf Null erforderliche gesamte Schaltzeit wurde mit einer Kathodenstrahlröhre gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 8 wiedergegeben, in der die Beziehung zwischen der angelegten Spannung und der Schaltgeschwindigkeit dargestellt ist.

Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß das Schaltelement aus einkristallinem GMO mit Kernen von Multidomänenstruktur (jeweils unter der Spannungsschicht) ansprechend auf das Anlegen einer Spannung, die höher ist als die Koerzitivkraft Ec = 1,7 kV pro cm,leicht geschaltet werden kann. Es wurde gefunden, daß die Charakteristiken des Schaltelementes selbst bei wiederholter Schaltung unverändert bleiben. Außerdem wurde gefunden, daß die Charakteristiken des Schaltelementes auch unverändert und stabil bleiben, selbst wenn eine umgekehrte Gleichspannung über eine ausgedehnte Zeitdauer hinweg aufgeprägt wird oder erhöhte Feuchtigkeit einwirkt.

Anstelle des vorstehend angegebenen GMO-Einkristails kann ein der allgemeinen Formel \

(Rx R· )₉0_q · 3 Mo W 0„ 1 -X d j 1 -θ θ _)

entsprechendes isomorphes Material verwendet werden, wobei R und R¹ Seltenerdelemente sind und χ im Bereich von O bis 1,0 und e im Bereich von O bis 0,2 liegen. Ferner können irgendwelche andere geeignete irreguläre Ferroelektrika außer wasserlöslichen wie Rochelle-Salz und Kaliumdihydrogenphosphat (KDP) gleich wirksam angewandt werden.

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Das Schaltelement unter Verwendung einer c-geschnittenen Platte von einkristallinem GMO oder allgemeiner einer c-geschnittenen Platte aus einem irregulären ferroelektrischen Material gemäß der Erfindung umfaßt zwei Typen, wie in Fig. 9a und 9b gezeigt wird, zusätzlich zu dem Typ, bei dem die Domänenwand an der Grenze zwischen dem Schaltbereich und den jeweils angrenzenden Kernen oder Spannungsschichten existiert.

Bei dem nachfolgend als Typ A bezeichneten Typ, der in Fig. 9a gezeigt wird, dringt die Domänenwand in die Kerne ein.

Bei dem hier mit Typ B bezeichneten Typ, der in Fig. 9b.gezeigt wird, existiert die Domänenwand an der Grenze zwischen dem Schaltbereich und zumindest einem von den Kernen oder Spannungsschichten. Der Schwellwert Et des Elementes vom Typ B ist gleich Ec, da die Domänenwand beim Typ B an der Grenze zwischen der Schaltregion und einem von den Kernen bzw..Kernbereichen existiert, und diese Domänenwand ist leicht ansprechend auf das Anlegen einer Spannung Ea, die höher als Ec ist, zur entgegengesetzten Seite hin beweglich. Aufgrund der Tatsache, daß dieser Schwellwert Et jedoch innerhalb eines Bereichs von + 2k $ oder mehr abhängig von der Art der Arbeit am Kristall schwankt, kann der Schwellwert des Elements vom Typ B nicht genau bestimmt werden.

Auf der anderen Seite ist die Richtung der spontanen Polarisation in der Schaltregion beim Element vom Typ A die gleiche wie die Polarität der spontanen Polarisation bei den Kernen bzw. Kernbereichen an den entgegengesetzten Sei-

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ten der Schaltregion, und es existieren keine Domänenwände in der Schaltregion einschließlich der Grenzen. Der Schwellwert Et des Elements vom Typ A ist somit Et = 3 Ec (was etwa. 300 V ausmacht) und nimmt einen konstanten Wert an, ohne durch die Art der Arbeit am Kristall wesentlich nachteilig beeinflußt zu werden.

Die Schwankung von + 2k $ beim Schwellwert der Domänen-Schaltelemente ist eine von praktischen Bemessungsbedingungen geforderte Grenze. Wenn eine Mehrzahl der wie oben beschriebenen Domänen-Schaltelementen in Form von beispielsweise einer Matrixordnung angeordnet werden, wird die Fluktuation im Schwellwert Et dieser Elemente unausweichlich erhöht, und es ist schwierig, solch eine Matrixordnung mit
einer Spannungskoinzidenzmethode zu betreiben.

Dies ist ein fatales Problem für ein Gedächtnis, und
ein Versuch zur Entwicklung eines optischen Raummodulators, wie er später beschrieben werden wird, durch Verwendung von GMO müßte aufgegeben werden, wenn nicht anhand der Untersuchung der Schaltcharakteristiken brauchbare Mittel gefunden würden, so daß alle Elemente einheitlich den gleichen
Schwellwert besitzen.

Um daher eine Matrixordnung aus einer Mehrzahl von
solchen Domänen-Schaltelementen durch eine Spannungskoinzidenzmethode betreiben zu können, müssen diese Domänen-Schaltelemente einen genau bestimmten Schwellwert haben. Für eine solche Anwendung ist allein das Element vom Typ A geeignet. Ein Verfahren zur Herstellung eines Domänen-Schaltelementes vom Typ A aus einer c-geschnittenen Platte aus einem irregulären ferroelektrlschen Material wird nachfolgend beschrieben.

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Ausführungsart 5

Eine c-geschnittene Platte von etwa 0,6 mm Dicke wird aus einem GMO-Einkristall geschnitten und an den entgegengesetzten Flächen bis auf eine Dicke in der Gegend von hOO /u grob geschliffen. Das abschließende optische Polieren wird dann bei dieser Platte zur Erzielung einer 1/4 λ-Platte mit einer Dicke in der Gegend von 387 /u und einer Ebenheit in der Gegend von A/10 vorgenommen.

Eine im wesentlichen aus SnCIr bestehende Nesa-Lösung wird dann bei etwa 550 ⁰Q etwa 5 Minuten lang auf eine der geschliffenen Oberflächen der "\/h λ-ΦΙ^^θ gesprüht, um darauf eine transparente Elektrode -zu bilden. Etwa 1 g NaCl (oder etwa 0,2 g LiF) wird dann in einem Streifenmuster auf die andere Oberfläche der 1/4 Α-Platte im Vakuum unter Verwendung einer Maske mit einer Mehrzahl von Streifen von je 4OO /u Breite in paralleler Anordnung mit einer Teilung von 1OOO /U aufgedampft. Danach wird eine" Nesa-Lösung bei etwa 550 C dazu verwendet, eine transparente Elektrodenschicht auf besagter Oberfläche der 1/4 λ-Platte mit darauf befindlichen NaCl- bzw. LiF-Streifen zu erzeugen. Venn die ajo behandelte Platte nach langsamer Abkühlung auf Zimmertemperatur sorgfältig mit siedendem Wasser gereinigt bzw. gespült wird, werden die Anteile der transparenten Elektrode an den mit NaCl oder LiF bedeckten Teilen der Oberfläche entfernt unter Zurücklassung eines Streifenmusters, bestehend aus alternierenden Streifen von Transparenten Elektroden von etwa 0,6 mm Breite und Kernen von etwa 0,4 mm Breite, wie es in Fig. 4c gezeigt wird. κ- .

Die durch Reaktion zwischen GMO und NaCl oder LiF er-'

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-3k -

zeugte Schicht wurde durch Röntgenbeugung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, daß NaGd(MoOj,)_ bzw. LiGd(MoO.)_ in der Schicht gebildet wurden. Weiter besagen die Ergebnisse von Messungen mit einem Interferenzmikroskop, daß die Stärke der transparenten Elektrodenportionen"in der Gegend von 800 A* lagen und die Oberfläche über eine Tiefe von etwa 1 /u durch Reaktion zwischen NaCl oder LiF und dem GMO-Kristall geätzt war.

Eine mikrophotographische Beobachtung des Schnittes der Proben zum Zwecke der Messung der Tiefe der Reaktionsschicht zeigte, daß die offensichtlich als Reaktionsschicht betrachtete Portion sich über eine Tiefe in der Gegend von 15 /u erstreckte. Obgleich die longitudinalen Kerne durch laterale Kerne (die im rechten Winkel zur Richtung der longitudinalen Kerne verlaufen) gekreuzt werden können, im Zustand, in dem die Reaktionsschicht im Kristall erzeugt wird, können solche laterale Kerne leicht durch Anwendung von Druck in der Richtung der b-Achse entfernt werden.

Die durch das obige Verfahren erhaltenen Elemente werden mit den longitudinalen Kernen darin gebildet, aber sie sind üblicherweise ein Aggregat von Elementen vom Typ A und Elementen vom Typ B. Elemente vom Typ A konnten jedoch ausschließlich erhalten werden, wenn die abgeschnittenen Platten aus einkristallinem GMO auf I80 G erhitzt und dann in einem elektrischen Feld unter Anlegen einer Spannung von 65 V und Aufprägen einer (mechanischen) Spannung bzw. Beanspruchung von 40 g in Richtung der a-Achse oder b-Achse der rhombischen Struktur auf Zimmertemperatur herabgekühlt wurden.

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Ferner konnten Elemente vom Typ A ausschließlich erhalten werden, wenn die Kristalle unter Anlegen einer Gleichspannung von 500 V zur Erzeugung von Einbereichselementen bis auf 120 ⁰C aufgeheizt und die Elemente dann unter Anlegen einer konstanten und geringeren Spannung von 200 V auf Zimmertemperatur herabgekühlt wurden.

Ausführungsart 6

Ein Element vom Typ A wurde nach dem anhand der 5· Aus· führungsart beschriebenen Verfahren erzeugt. Ein zur Erzeugung irgendeiner Spannung zwischen O und 4OO.V geeigneter Generator für abgestufte Spannungen wurde über einen Widerstand mit einem Widerstandswert von 1 k£2. mit Erde verbunden. Das Element vom Typ A wurde mit dem Stufenspannungsgenerator verbunden, und zur Messung der Domänenschaltcharakteristiken des Elementes vom Typ A wurden Spannungen unterschiedlicher Höhe erzeugt bzw. angelegt.

Bei der Messung wurde der durch den Reihenwiderstand von 1 k-Ω. fließende Schaltstrom mit einem Sichtgerät (memory scope) beobachtet und die insgesamt für den Abfall des Schaltstroms auf Null erforderliche Schaltzeit wurde mit einer Kathodenstrahlröhre gemessen. Die Ergebnisse sind in den Figuren 10a, 10b und 11 wiedergegeben.

Wie aus Fig. 11 ersichtlich ist, in, der die Beziehung zwischen der angelegten Spannung und der Schaltzeit ts gezeigt wird, fließt der Schaltstrom in einer kurzen Zeitdauer nach der Anlegung einer Spannung, die etwas niedriger als die Schwellenspannung ist. Die Kurve A zeigt die

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Schaltcharakteristik des Elements vom Typ A, Kurve B die ähnliche Charakteristik eines Vergleichselements vom Typ B. Wie man sieht, besteht eine deutliche Differenz zwischen den Schaltcharakteristiken dieser Elemente. Die gesamte Schaltzelt wird bestimmt durch die Wartezeit, da die für die Bewegung der Domänenwand innerhalb der Domänenschalt- ~region erforderliche Zeitdauer nicht so lang ist.

Ausführungsart 7

Es wurde eine c-geschnittene Platte von einkristallinem GMO mit einer Größe von 12 mm χ 3 mm hergestellt. NaCl wurde auf eine der Oberflächen der Platte in einem Streifenmuster aus einer Mehrzahl von Streifen von je 0,5 mm Breite in paralleler Anordnung mit einer Teilung von 1 mm aufgedampft. Danach wurde eine wesentlich aus SnCl^ bestehende Nesa-Lösung auf diese Oberfläche aufgebracht zur Abscheidung einer Mehrzahl von transparenten Elektrodenstreifen 126 von je 0,5 mm Breite mit einem Zwischenraum von 0,5 mm und einer Anordnung in Richtung von <Ί1Ο^. Eine Zuleitung 125 wurde mit jedem transparenten Elektrodenstreifen 126 verbunden. Ferner wurde eine transparente Elektrode 127 über die gesamte andere c-geschnittene Fläche der Platte abgeschieden und eine Zuleitung 128 mit dieser transparenten Elektrode 127 verbunden.

Gemäß Fig. 13, die ein auseinandergenommenes System gemäß der Erfindung zeigt, umfaßt eine Polarisierungseinheit A einen Polarisator 131, ein Schaltelement 135 der oben beschriebenen Art mit einer Mehrzahl von seitlich verlaufenden transparenten Elektrodenstreifen 126, dessen geo-

2 0 9 8 8 ? / 0 B 1 fl

metrische Anordnung mit der Anordnung vom Schlitzen einer Schlitzplatte 134 übereinstimmt (registers} und eine 1/4A-Platte 133 von einem biaxialen Kristall in Diagonalanordnung (bezogen auf das Schaltelement 135)·

Eine weitere Polarisierungseinheit B umfaßt einen Analysator 136, eine 1/4A-Platte 135'» eine Schlitzplatte 1 38, ein Schaltelement 139 der oben beschriebenen Art mit einer Mehrzahl von längsgerichteten-transparenten Elektrodenstreifen und einen Analysator 14O, wobei dia Elektrodenstreifen der Einheit B senkrecht zu denjenigen der Einheit A angeordnet sind.

Das Schaltelement 135 ist mit 10 sich seitlich bzw. horizontal erstreckenden transparenten Elektrodenstreifen versehen. Wenn an alle diese Elektrodenstreifen über 10 Zuleitungen 141 eine negative Spannung zur Orientierung der Richtung der Polarisation in negativer Richtung angelegt wird, ist die Verzögerung (retardation) durch das Schaltelement 135 durch R = -1/4 λ gegeben, und diese Verzögerung hebt die Verzögerung durch die ΐ/4X-Platte 133 ^auf» so daß der Lichtstrahl unterbrochen ist,

, Wenn dagegen eine positive Spannung' an irgendeinen der seitlichen Elektrodenstreifen des Schaltelementes 135 ^zur Orientierung der Palarisationarichtung unterhalb des spezifischen Elektrodenstreifens in positiver Richtung angelegt wird* so wird die Verzögerung durch das Schaltelement 135 nun durch R=+ l/k Λ. gegeben, und diese Verzögerung addiert sich zu der Verzögerung durch die 1/4 λ-Platte unter Ausbildung einer resultierenden Verzögerung von 1/2 A_Q.

Die Kombination wirkt so als eine-1/2 λ-Platte, und der in Streifenform von der spezifischen Elektrode oder Reihe auf dem Schaltelement 135 ausgehende Lichtstrahl passiert allein den Analysator 13*> und tritt in die Einheit B ein.

Das Schaltelement 139 ist mit 10 längs- oder vertikalgerichteten transparenten Elektrodenstreifen versehen, und , die.se Streifen sind senkrecht zu denjenigen auf dem Schaltelement 135 angeordnet. Die korrespondierenden Portionen der 10 Elektrodenstreifen auf dem Schaltelement 139 in der Einheit B werden also von den von der Einheit A in Streifenform ausgehenden Lichtstrahl beleuchtet. Dieser Lichtstrahl kann vollständig unterbrochen werden oder der Durchtritt einer gewünschten Portion des Lichtstrahls durch die Einheit B wie bei der Einheit A erlaubt werden.

Es ist so möglich, gleichzeitig eine 1O-bit-Information entsprechend einer Reihe eines für ein Laserhologramm erforderlichen Musters zu erzeugen. Da die Schaltbereiche unterhalb der Elektrodenstreifen auf den Schaltelementen in den Einheiten A und B unabhängig voneinander geschaltet werden können, kann der unabhängige Betrieb (driving) zur gleichen Zeit leicht ein einer Reihe zu einer Zeit entsprechendes Muster erzeugen.

Eine Arbeite- bzw, Betriebsspannung von 150 V mit gleicher Amplitude in positiver und negativer Richtung wurde bei diesem System ausgewählt. Die Schaltzeit betrug etwa 1 ms und die Spannungsimpulsbreite 2 ms.

Das Muster kann selbst nach Verschwinden der Impulsspannung aufrechterhalten werden und wird als ein Fleck mit

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einem Durchmesser von 1 mm an einem Punkt auf einer empfindlichen Platte 143 über eine Linse bzw. ein Linsensystem Ik2 aufgezeichnet. Nach 100 ms Exposition wird die Einheit A geschaltet und der Lichtstrahl in Streifenform zur nächsten Reihe bz.w. Zeile verschoben. Zur gleichen Zeit werden die Kolonnen in der Einheit B geschaltet unter Fortlauf des Musters zur nächsten Reihe. Wenn die obige Betriebsweise zehnmal wiederholt wird, werden N Informationen auf den gleichen Punkt der empfindlichen"Platte konzentriert, um durch den Mehrfachfühler (multiple sensing) aufgezeichnet zu werden. Mit anderen Worten können η χ m = N° Muster auf einen Punkt des Hologramms konzentriert werden durch m Schaltoperationen, wo m = η ist.

Muster mit 10 Zeilen χ 10 Spalten =100 Punkten auf der empfindlichen Platte 1^3 von 2 cm χ 2 cm wurden aufgezeichnet, und auf diese Weise konnte die Information von

h
10 bits aufgezeichnet werden. Es wurde gefunden, daß das System als eine optische Raummodulation von Mehrfachexpositionstyp befriedigend arbeiten kann, selbst wenn eine Informationsdicfite beträchtlich höher als die oben beschriebene existiert.

Ausführungsart 8

Gemäß oben beschriebener 7» Ausführungsart wird ein Mehrfachexpositionssystem vorgesehen, und das S/N-Verhältnis ist mit Zunahme der Anzahl von "Exposi.tionsmalen" (times of exposure) vermindert. Die vorliegende Ausführungsart bietet ein System, welches das Schreiben von Informationen von einer Seite, d. h. beispielsweise von In-

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- 4ο -

formation von 144 Zahlen bzw. Stellen (digits) χ 128 Worten (words) in einen optischen Raummodulator durch Abtasten bzw. Abfahren eines elektrischen Signals und Dirigieren eines Laserstrahls lediglich einmal auf den Modulator zur Reproduktion der Information von einer Seite auf eine empfindliche Platte oder Schicht gemäß der Holographie umfaßt.

Ein Element vom Typ A mit einem exakt bestimmten Schwellwert und einer Mehrzahl von Kernen mit Spannungsschichten wird durch ein Verfahren erzeugt, das dem bei der 7. Ausführungsart beschriebenen ähnlich ist. Diese Kristallplatte wird in eine Mehrzahl von acht länglichen Kristallstäben senkrecht zu den Kernen 143, wie es in Fig. 14 gezeigt ist, zerschnitten, die eine Breite von 0,3 mm haben und parallel mit einer Teilung von 1 mm wie die Zähne eines Kammes angeordnet sind. Eine Zahlenseitenanschlußplatte 144 mit einer Mehrzahl von bzw. neun Zuleitjngen 145·. t i45o» ··· ¹^5q» die zuvor darin eingebettet worden sind, ist parallel mit dem am weitesten rechts angeordneten Kristallstab verbunden, wie es in Fig. 14 gezeigt wird. Jeder der Kristallstäbe wird mit einer Mehrzahl von bzw. zehn Kernen 143 gebildet, die in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind,und so bestehen neun Schaltregionen zwischen diesen Kernen 143·

Auf diese Schaltregionen ist Gold aufgedampft für Zuleitungen, die mit den Zuleitungen 145 , 145„, ... i45g zu verbinden sind. Genauer gesagt wird ein geschmolzenes Harz in den Zwischenraum zwischen den Kristallstäben gefüllt, um so eine Unterlage für die Bedampfung zu erhalten, und es wird dann eine Mehrzahl von Goldstreifen 148 von etwa 1 /U Dicke auf die Schaltregionen parallel zu den in seit-

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lieher Richtung ausgerichteten Kernen 1^3 aufgedampft, wie es in Fig. 14 zu sehen ist. Vor dem Aufdampfen von Gold kann eine Basisschicht aus Chrom von etwa 200 - 500 A aufgedampft werden, um eine sichere Bindung bzw. Haftung zwischen Kristall und Gold sicherzustellen.

Die Goldbänder bzw. -streifen 148 werden dann mit einem leitenden Metall plattiert zur Erzielung einer größeren Stärke von 3 - 5 /u, und dann wird nach einer Photolacktechnik eine Lichteinlaßöffnung mit einem Durchmesser von etwa 500 /u in die die jeweiligen Schaltregionen Überlagernden Teile des Goldbandes eingebracht. An der Rückseite wird Indium an einem Ende jedes Kristallstabes aufgedampft und eine Wortseitenanschlußplatte 141 mit Indiumabscheidungen an den entsprechenden Teilen 14O mit den Kristallstäben fest verbunden. Diese Anschlußplatte 141 ist mit acht Zuleitungen 161 bis 168 versehen.

In dieser Weise kann ein optischer Raummodulator aus 8 χ 9 = 72 Elementen erhalten werden. Dieser optische Raummodulator kann nach einer Spannungskoinzidenzmethode betrieben werden. Zu diesem Zweck ist es notwendig, diese ' Elemente in Matrixform anzuordnen und 2 χ (8 χ 9) = 144 Zuleitungen vorzusehen sowie 72 Treiber- bzw. Ansteuerschaltungen (driving circuits) für den voneinander unabhängigen Betrieb dieser Elemente.

Die Zahl der Zuleitungen und Ansteuerschaltungen kann durch Anordnung der Elemente in Matrixform und Aufbringen von Signalspannungen von +v/2 Volt in Richtung der Zeilen und Spalten unabhängig voneinander reduziert werden. So wird einö Spannung von V Volt dem Element an der Kreuzung

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zwischen der Reihe bzw. Zeile mit angelegten + v/2 Volt und der Kolonne bzw. Spalte mit angelegten - v/2 Volt aufgeprägt. Auf diese Weise wird eine Information selektiv bei einem speziellen Element am Kreuzungspunkt eingeschrieben, wenn die Schwellwertspannung vt durch die Beziehung ν > vt > v/2 gegeben ist.

Dieser optische Raummodulator wurde mit einer + 120 V-Testansteuerungsvorrichtung mit 9 zahlenseitigen Krei sen, 8 Wortseitenkreisen und 2 ms Toren für die Ansteuerung durch die Ansteuerungsvorrichtung verbunden. Die Ergebnisse zeigen, daß irgendwelche gewünschten Muster einschließlich einer Einzelkaromusterplatte (mit Wechsel von "1" und "0") und einer Doppelkaromusterplatte (mit Auftreten von "1" oder "0" jeweils nach zwei "O" oder "1") erhalten werden könnte,und der Modulator konnte ohne irgendeine Störung selbst nach einem Test über 10 aufeinanderfolgende Tage befriedigend betrieben werden.

Dieser optische Raumraodulator unterscheidet sich von dem anhand der 7· Ausführungsart beschriebenen dadurch, daß Lichtzulaßöffnungen, die als optische Verschlußmittel dienen, auf einer Ebene aufgerichtet sind. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Ordnungsstörung des Bildes durch Beugung vermindert und ein Hologramm mit verbessertem Kontrast erhalten werden. Das mittlere Kontrastverhältnis von durch parallele Lichtstrahlen geschriebenen und durch parallele Lichtstrahlen reproduzierten Bildern lag bei etwa 150.

Obzwar diese Ausführungsart unter Bezugnahme auf einen optischen Raummodulator mit einer Kapazität von 8x9 bits beschrieben wurde, wurde eine Erweiterung der Kapazität auf

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128 χ \hh bits versucht und ein günstiger Ausblick für die Realisierungsmöglichkeit einer solchen Kapazität erhalten.

Bei den anhand der 1. bis 5· Ausführungsarten beschriebenen Domänen-Schaltelementen aus irregulärem ferroelektrischen Material gemäß der Erfindung wurde ein Verfahren zur Bildung von Kernen von Multidomänenkonfiguration anschließend an eine Schaltregion durch Erzeugung einer Spannungsschicht mit einer Verbindung aus einem Metallhalogenid und GMO aufgrund der Differenz zwischen den Gitterkonstanten der Verbindung und GMO vorgeschlagen. Das so erhaltene Domänen-Schaltelement ist jedoch noch ungenügend hinsichtlich der quantitativen Kontrolle und Informationsreproduzierbarkeit, da das Verfahren mit thermischer Diffusion von aufgedampftem Material arbeitet. Ferner ist die Sehaltspannung aufgrund der Tatsache, daß diese von den SchaltCharakteristiken des Schaltelementes abhängt, schwierig auf einem exakt bestimmten Schwellwert festzusetzen. Eine verläßlichere Methode zur Herstellung eines Kerns von Multidomänenkonfiguration wird nun nachfolgend beschrieben.

Ausführungsart 9

Bezugnehmend auf Fig. I5_f die schematisch einen Schnitt durch eine andere Ausführungsart der Erfindung zeigt, wird eine ΐ/2λ(775 /u)-Platte 151 aus GMO durch Zerschneiden eines GMO-Kristalls längs einer Ebene senkrecht zur kristall ographi sehen Achse desselben und anschließendes Polieren der Schnittflächen hergestellt. Auf beiden Oberflächen der Platte 151 werden Streifen von durchsichtigen ebenen Elektroden bzw. Planarelektroden 15^ mit 0,6 mm Breite und

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einem "Achsabstand" von 1 mm in der Weise abgeschieden, daß sich die Streifen der beiden Oberflächen miteinander kreuzen. Eine Bleimaske 152 mit gleichem Streifenmuster wird auf die Elektrodenschicht 15^ gelegt unter Freilassung der Flächenbereiche der GMO-Platte, an denen Kerne erzeugt werden sollen.

Die so mit der Maske abgedeckte Platte wird 15 Minuten lang mit Protonen von 8x10 eV einer Dichte von 1 χ 10 /cm zur Erzeugung von Defektmengen enthaltenden Kernen 155 bestrahlt. Der an 10 bits von solchen Elementen durchgeführte aktuelle Test zeigte die Tatsache, daß der Schwellwert für die Schaltwirkung innerhalb eines Bereichs von 220 V + 20 V lag. Daraus ergibt sich die gute Gleichmäßigkeit der Elemente im Vergleich zu herkömmlichen Elementen mit 220 V + 40 V.

Ausführungsart 10

An einem Element, das durch das oben erwähnte herkömmliche Verfahren hergestellt worden war und Kerne mit sehr wenig Spannung enthielt, wurde ein Test durchgeführt. Die kernhaltigen Bereiche des Elementes wurden mit Gammastrahlen 153 von 0,8 Mrad unter Verwendung der oben beschriebenen Maske bestrahlt. Das Ergebnis zeigte, daß der Schwellwert für die Schaltwirkung innerhalb eines Bereichs von + 25 V um einen Mittelwert von 230 V schwankte. Ein derart gutes Ergebnis konnte nach dem bekannten Verfahren nicht erreicht werden.

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Ausführungsart 11

Gemäß Fig. 16, die schematisch eine weitere Ausführungsart der Erfindung zeigt, ist eine c-geschnittene Platte 161 aus einem Einkristall von Tb₂(Mo(V)-, das.zu GMO homolog ist, optisch poliert auf eine Dicke 387 /u, was 1/4 Wellenlänge des He-Ne-Laserlichts entspricht, optisch " poliert. Die polierte Platte wurde zu einer rechteckigen Platte von 10 mm χ 20 mm in der Weise gespalten, daß die Kanten der Platten in Richtung «010^ lagen. Auf jeder Hauptfläche dieser Spaltplatte 161 wurde eine SiO₂-Schicht mit einer Dicke von etwa 3 /u durch Besprühen zur Bildung einer glasähnlichen Beschichtung 164 abgeschiedene Eine Maske 162 wurde dann auf die Beschichtung 164 gebracht, und Bereiche 165 der Platte unterhalb der exponierten Teile 166 der Beschichtung wurden mit He-Ionen 163 von 500 keV bei

16 2

einer Flußdichte von 1 χ 10 /cm 30 Minuten lang mit einer Ionenbeschußvorrichtung bestrahlt. Die Beschichtung wurde dann entfernt und zur Vervollständigung eines Domänen-Schal telementes Elektroden angefügt. Ein durchgeführter Tesi: ergab befriedigende Ergebnisse, wie' sie durch das herkömmliche Verfahren nicht erhältlich sind, wobei die Variation der Schwellenspannung für den Schaltvorgang um + 15 V um den Mittelwert von 100 V schwankte.

Die vorstehend angegebene glasähnliche Beschichtung trägt zur wirksamen Erzeugung von Spannungen aufgrund von Ionenbeschuß bei. Wenn ein GMO-Kristall mit schweren Mo-Atomen direkt mit leichten Korpuskeln wie Argonionen be-, schössen wird, wird der Hauptteil der einfallenden Ionen an der Oberfläche des Kristalls reflektiert und keine wirksame Ionenimplantation erreicht* Die leichte Si-Atome ent-

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haltende glasähnliche Beschichtung hilft den leichten Ionen beim wirksamen Eindringen in den Überzug und weiter in den Kristall unter Erzeugung von Spannungen in der Beschichtung und im Kristall.

Bei den obigen Ausführungsarten 9 bis 11 erfolgt d4e Erzeugung der Spannungsschicht im GMO-Kristall durch Bestrahlung, was einer Volumenänderung durch Veränderung der Ordnung der Langdistanz-Atomkonfiguration zugeschrieben wird.

Ausführungsart 13

Wenn die Spannungsschicht bei der Herstellung eines Domänen-Schaltelementes lediglich auf einer Seite der cgesehnittenen Platte des irregulären ferroelektrischen Kristalls erzeugt,wird (unter einer "c-geschnittenen Platte" wird eine Platte verstanden, die in Richtung senkrecht zur ferroelektrischen Achse des Kristalls geschnitten ist), neigt die Platte wegen innerer Spannungen zum Verwerfen. Um dies zu vermeiden, muß die Spannungs schicht auf. beladen Seiten der Platte erzeugt werden. Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf die Herstellung eines solchen Domänen-Schaltelementes.

Ein GMO-Einkristall wird längs Ebenen senkrecht zur c-Aohse geschnitten, d. h. senkrecht zu der Achse, auf der die Polarisationsriehtung mit der Orientierung des Kristalls zusammenfällt, in dem die Änderung des Doppelbrechungssinnes aufgrund der Polarisationsumkehr stattfindet.

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Der geschnittene Kristall wird auf eine ΐ/2λ.(775 /u)-Platte herunterpoliert. Unter Abdeckung der Gesamtfläche
einer Oberfläche der Platte wird eine transparente Nesa-Elektrode bei einer Temperatur von 500 - 550 ⁰C abgeschieden, wonach allmählich auf Zimmertemperatur abgekühlt wird. Auf die andere Oberfläche der Platte wird eine Streifenmustermaske (400 /U Breite bei einem Abstand der Mittellinien "von 1OOO /u) gebracht und eine Lithiumfluoridbeschichtung (LiF) in einer Dicke von 2000 £ über die gesamte Oberfläche aus der Dampfphase abgeschieden, so daß eine Schicht von LiF auf der Platte in einem Streifenmuster gebildet wird. Die mit der LiF-Schicht versehene Platte wird wieder aufgeheizt und bei 490 °C über die gesamte Oberfläche auch unter Abdeckung der LiF-Schicht eine Nesa-Elektrodenschicht abgeschieden, wonach allmählich auf Zimmertemperatur abgekühlt und nachfolgend mit heißem Wasser von etwa 6O ⁰C ausgelaugt wird. Auf diese Weise wird ein Domänen-Schal telement mit Kernen, wie schematisch in Fig. 17 angedeutet ist, erhalten. Ein Prüfergebnis über die Schaltcharakteristiken eines solchen Elementes zeigte, daß "Rückschaltung" bei" 8 von 10 bits zu beobachten war. Ferner ergab sich bei mikroskopischer Beobachtung des Profils des
Elementes eine deutliche Verwerfung bzw. Durchbiegung 1731 wie sie gestrichelt in Fig. 17 angedeutet ist.

Wenn jedoch eine ähnliche Schicht von LiF auch auf der gegenüberliegenden Oberfläche erzeugt wird, die anfänglich mit einer Nesa-Elektrode beschichtet ist, wird ein Schaltelement mit der schematisch in Fig. 18 angedeuteten Struktur erhalten. Ein aktueller Test über die Schaltcharakteristiken bestätigt die sehr verläßliche Natur solcher Elemente, bei denen keines der zehn geprüften bits einer "Rtick-

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schaltung" unterlag. Darüber hinaus wurde bei mikroskopischer Beobachtung keine Durchbiegung oder Verwerfung festgestellt.

Au s führungs ar t 14

Unter Verwendung eines Terbiummolybdatkristails (Tb„ r)„) anstelle des GMO-Kristalls bei obiger Ausführungsart 13 wird durch ein ähnliches Verfahren einei/2 λ-Platte hergestellt. Durch Abscheidung aus der Dampfphase wird eine LiF-Schicht mit einer Dicke von 2000 Ä auf jede Oberfläche der Platte und durch weitere Abscheidung einer transparenten Nesa-Beschichtung ein Schaltelement erhalten. Bei einer Prüfung wurde keine "Rückschaltung" bei solchen Elementen beobachtet. Das heißt, es wurden sehr verläßliche Charakteristiken solcher Elemente sichergestellt.

Bei den obigen Ausführungsarten reagieren Alkalihalogenide wie NaCl, KCl und LiF, die auf einer GMO-Platte abgeschieden wurden, mit dem GMO und erzeugen eine Verbindung mit einer kristallographischen Struktur ähnlich dem Scheelit. Diese Verbindung entspricht der folgenden allgemeinen Formel:

(Li₁ ■ Na K ) (R₁ R' ) · (Mo₁ ¥ 0, )_ ^v 1-x-y χ y' ^v 1-z z' ^v 1-e e k>2

wobei R und R¹ zumindest eine Art von Seltenerdelement darstellen und e von O bis 0,2; χ von 0 bis 1,0; y von 0 bis 0,8 (mit χ + y ^ 1) und ζ von 0 bis 1,0 reichen.

Die Erfindung wird nachfolgend im einzelnen unter Heranziehung eines GMO-Einkristalls als Beispiel beschrieben:

Auf einer Oberfläche einer (OOi)-Platte aus GMO-Einkristall wird eine transparente Elektrode wie eine Nesa-Elektrode abgeschieden, während auf der gegenüberliegenden Oberfläche eine Schicht von Alkalihalogenid wie NaCl, KCl oder LiF abgeschieden wird. Auf letzterer Schicht wird eine Nesa-Schicht abgeschieden, während die Platte aufgeheizt ist. Danach wird die beschichtete Platte zur Entfernung des Teils von,Alkalihalogenid, der nicht an der Reaktion teilgenommen hat und auch der auf solch unverändertem Alkalihalogenid befindlichen Nesa-Schicht mit.Wasser gespült. Im verbleibenden Bereich ist eine Verbindung, die allgemein durch obige Formel wiedergegeben wird, als Ergebnis der Reaktion von Alkalihalogenid mit GMO erzeugt worden.

Das heißt, wenn als Alkalihalogenid NaCl dient, ist die erzeugte Verbindung NaGd(MoOjL)₂. Ähnlich werden mit LiF oder KCl die Verbindungen LiGd(MoO^)₂ bzw. KGd(MoO^)₂ erzeugt.

LiGd (MoO^)₂ und NaGd (MoO^)₂

gehören zum tetragonalen System und haben die gleiche' Struktur wie Scheelit. Bs wurde jedoch gefunden, daß KGd (MoOi)₂ eine unterschiedliche Struktur besitzt.

Auf Gd₂(MoO^)₃ erzeugtes LiGd(MoO^)₂ oder NaGd(MoO^)₂ steht aufgrund der Differenz der Gitterkonetanten und des thermischen Ausdehnungskoeffizienten unter einer mechanischen Spannung. Zur Verminderung einer solchen Spannung werden in dem GMO-Anteil, der unter den verbleibenden LiGd(MoO^)₂ oder NaGd(MoO₂^)₂ liegt, Multidomänen erzeugt. Unter Ausnutzung solcher Multidomänen als Kerne wird die

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Polarisationsumkehr durch die Anlegung eines elektrischen Feldes erreicht.

Was das KGd(MoO.)_ betrifft, so findet weder eine MuItidomänenbildung statt noch die Produktion einer Spannungen enthaltenden Schicht.

. Als Ergebnis von Syntheseversuchen beim System LiGd (MoOr) , NaGd(MoO. ) und KGd(MoOr)₂ wurde gefunden, daß LiGd(MoO. )_o und NaGd(MoOr) eine perfekte feste Lösung bilden und die gleiche Struktur haben wie Scheelit.

Auf der anderen Seite kann beim System von LiGd(MoO.)„ und KGd(MoO₂^)₂ eine mehr Li als (Li_{0 8}K_{Q 2})Gd(Mo0^)₂ enthaltende Verbindung die Scheelitstruktur annehmen, während eine Verbindung mit mehr K als (Li_ _gK ₂)Gd(Mo0^)₂ keine Scheelitstruktur annimmt, sondern die gleiche Struktur wie

Was das System von NaGd(MoO^)₂ und KGd(MoO^)₂ betrifft, so nimmt eine Verbindung mit mehr Na als (Na

₂ Scheelitstruktur an, während eine Verbindung mit mehr K als dieses eine Struktur vom KGd(MoOr)₂-TyP annimmt·

Das heißt, bezüglich des Systems von LiGd(MoO₂₊) , NaGd (MoOr)₂ und KGd(MoOr)₂ ist festzustellen, daß Zusammensetzungen, welche zulassen, daß die Verbindung eine Scheelitstruktur annimmt, innerhalb eines durch die Verbindungslinien von NaGd(MoO₂^)₂, LiGd(MoO^)₂, (Na_{Q 8}K_Q gjGdiMoO^, (Li_{0 2}K_Q g)Gd(MoO.) im Zusammensetzungsdiagramm bestimmten Bereichs liegen. Der Bereich außerhalb dieses abge steckten Bereichs entspricht Verbindungen, die dem KGd (MoOr) -Typ entsprechen.

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. - 51 -

Nachfolgend werden einige Beispiele für das Verfahren zur Herstellung von Kernen beschrieben, die für das erfindungsgemäße Schaltelement am wichtigsten sind.

Beispiel 1

Eine optisch polierte (OOl)-Platte von GMO wird in einen elektrischen Ofen gebracht und bei 500 bis 600 C mit SnCl^ besprüht. Der so gebildete Nesa-Überzug kann die gewünschte Dicke, den gewünschten Widerstand und die gewünschte Transparenz durch geeignete Auswahl der Sprühteraperatur und des Sprühdruckes sowie der Sprühzeit haben. Nach Beendigung der Sprühbehandlung wird die Energieversorgung abgeschaltet und die Platte auf Zimmertemperatur abkühlen gelassen. Fig. 19 zeigt schematise!* eine (00i)-Platte 191 von GMO mit einem Nesa-Überzug192 auf einer Seite. -

Danach wird auf die gegenüberliegende Seite eine Maske parallel zur <^1 10^-Richtung des Kristalls aufgebracht und die Platte mit Maske in einen Vakuumbedämpfer gegeben, in den weiterhin eine, geeignete Menge,NaCl in einer schiffchenähnlichen Heizvorrichtung aus Molybdän, Wolfram oder dergleichen Metall gebracht wird, ■' die quer zu einem Paar Anschlußelektroden gehaltert wird. Durch die NaCl-Menge wird die Dicke der zu bildenden Spannungsschicht beeinflußt. Eine Prüfung mit unterschiedlichen Mengen NaCl von 0,05 bis 5 g ergab, daß innerhalb eines solchen Bereiches Spannungsschichten mit irgendeiner Menge NaCl gebildet werden können.

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- 52 - 2232ÜÜU

-5 -6 Der Bedampfungsapparat wird auf 10 bis 10 Torr

evakuiert und die schiffchenähnliche Heizvorrichtung zum Aufschmelzen von NaCl mit Energie versorgt. Danach wird eine zwischen Schiffchen und Kristallplatte vorgesehene Sperre geöffnet und NaCl zur Abscheidung auf der maskierten Oberfläche der GMO-Platte verdampft. Anschließend wird die GMO-Platte aus der Bedampfungsvorrichtung entnommen und die Maske entfernt.

Fig. 20 zeigt schematisch die Platte 191 aus GMO mit einer auf einem ausgewählten Bereich der (001)-Oberfläche derselben abgeschiedenen NaCl-Schicht 193· Die Platte wird dann erneut in einen elektrischen Ofen gebracht und auf eine Temperatur von 500 bis 600 C aufgeheizt und ein Nesa-Überzug wird über der mit NaCl-Schicht versehenen Oberfläche der Platte gebildet.

Fig. 21 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine solche mit dem zweiten Nesa-Film 198 bedeckte Platte. Bei dem letztgenannten Aufheizprozeß reagiert NaCl der Schicht 193 mit GMO der Platte 191 unter Bildung von Schichten 194, 195 und 196. Die Schicht 194 besteht weitgehend aus NaCl mit einer geringen Menge an zugemischtem polykristallinen NaGd(MoO. ). Die Schichten 195 und 196 sind Spannungsschichten, wobei die Schicht 195 aus polykristallinem NaGd(MoO^)₂ besteht, während die Schicht 196 NaGd(MoOj^)₂ so orientiert enthält, daß die (OOi)-Ebene desselben im wesentlichen parallel zur entsprechenden Ebene der GMO-Kristallplatte 191 ist..

Die Schicht 197 besteht aus infolge der Aufheizung nahezu nicht kristallin gewordenem GMO. Durch Spülen mit

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Wasser wird der Nesa-Überzug 198 auf der NaCl-Schicht 193 zusammen mit den in Wässer löslichen Schichten 193 und weggewaschen. Der Bereich, auf dem die NaCl-Schicht abgeschieden wurde, wird daher um 1000 bis 3000 A dünner als der umgebende Bereich, wie in Fig. 22 zu,sehen ist. Die chemische Gleichung für obige Reaktion lautet wie folgt:

NaCl + Gd₂(MoO^)₃ = NaGd(MoO^)₂ + GdOCl

2GdOCl + H₂O = Gd₂O₃ + 2HCl (i)

NaGd(MoOr) nimmt eine Scheelitstruktur vom tetragonalen System mit Gitterkonstanten von a» = 5,2T7 + 0,006 A* und c,, = 11,452 + 0,008 A an. Auf der anderen Seite hat das GMO die Gitterkonstanten a_Q = 10,384 Ä und b_Q = 10,421 A. Die Differenz zwischen dem a -Wert von GMO und dem Zwei-

fachen des a -Werts von NaGd(MoO^)₂ ist .die Ursache für ,eine mechanische Spannung zwischen den Schichten, und unter einer solchen Spannungsschicht werden Multidomänen im GMO-Kristall erzeugt.

Die Struktur der Substanzen in den Schichten 194, und 196, deren Zusammensetzungen in obiger Gleichung (1) angegeben sind, wurde durch Rontgenbeugungsanalyse bestimmt, und zwar wurde eine Mischung von GMO und N_aci in einem Platinschmelztopf 5 bis 24 Stunden lang auf 700 bis 900 C erhitzt. Das resultierende weiße Pulver wurde zur WegjLösung von verbliebenem NaCl init Wasser gespült. Die im Topf zurückbleibende Substanz wurde nach den bekannten Methoden der Röntgenbeugung überprüft und erwies sich als NaGd(MoO^)₂. Weiter wurde nachgewiesen, daß NaGd(MoO^)₂ aus einer Mischung von Gd₃O , NaC0_ und MoO entsteht, die jeweils in dem der durch die folgende Gleichung (2) be-

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stimmten chemischen Äquivalenz entsprechenden Verhältnis eingewogen wurden. Die Mischung wurde 2 Stunden lang auf 500 bis 700 ⁰C erhitzt.

Na₂CO₃ + Gd₂O₃ + 4MoO = 2NaGd(MoO^)₂ + CO₂ (2)

Beispiel 2

Unter Verwendung von LiF anstelle von NaCl bei dem Verfahren nach obigem Beispiel 1 kann eine ähnliche Spannungsschicht und damit eine MuItidomäne erzeugt werden. Wie in Fig. 19 gezeigt ist, wird ein Nesa-Überzug auf eine Oberfläche einer (OOi)-Platte aus GMO-Kristall aufgebracht, der die gesamte Oberfläche abdeckt. Auf die gegenüberliegende Seite der Platte wird eine Maske aus Wolfram, Molybdän oder rostfreiem Stahl parallel zur ^110^> -Richtung des Kristalls gebracht und eine LiF-Schicht im Vakuumbedampfer aufgedampft. Die mit den Überzügen versehene Platte wird in einem elektrischen Ofen 5 bis 10 Minuten lang auf 500 bis 600 ⁰C erhitzt. Die Tiefe der zu bildenden Spannungsschicht kann durch die Temperatur und Dauer dieser Wärmebehandlung kontrolliert werden. Während dieser Behandlung wird der zweite Nesa-Überzug aufgebracht.

Danach wird die Platte aus dem Ofen entnommen und mit Wasser gespült. Als Ergebnis werden die LiF-Schicht und die nächstangrenzende hauptsächlich aus LiF bestehende Schicht entsprechend den Schichten 193 und 19^ im vorangehenden Beispiel zusammen mit dem daraufliegenden Nesa-Überzug weggewaschen. Auf diese Weise werden eine Schicht aus polykristallinem LiGd(MoO^)₂, eine andere parallel zur

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(OOi)-Ebene orientiertes LiGd(MoO^)₂ enthaltende Schicht und eine weitere Schicht, die aus nahezu nicht-kristallinem GMO besteht, die den Schichten 195, 196 und 197 beim vorangehenden Beispiel entsprechen, in der GMO-Platte zurückgelassen.

Untersuchungen bezüglich der Reaktion von LiF und GMO wurden nach ähnlichen Verfahren wie im vorstehenden Beispiel durchgeführt und so die Bildung von LiGd(MoOj.) ₂ sichergestellt. Die Reaktionen werden durch folgende Gleichungen wiedergegeben?

LiF + Gd₂(MoO₁₁) = LiGd(MoO₁₁) _ + GdOCl + MoO 2 GdOCl + H₂O = Gd₂O₃ + 2HCl

Li₂CO + Gd₂O + 4MoO = 2LiGd(MoOj^)₂ + CO₉

Die Gitterkonstanten von.LiGd(MoO.)_ sinds

a_Q =.5,186 + 0,003 Ä und C₀ = 11,299 + 0,008 &.

Beispiel 3 ....-;

Unter Verwendung von KCl anstelle NaCl bei dem Verfahren gemäß obigem Beispiel 1 wurde ein Versuch zur Bildung von Spannungsschichten in der GMO-Platte durchgeführt. Es wurde jedoch gefunden, daß Multidomänen nicht nur unter der abgeschiedenen KCl-Schicht, sondern im gesamten Körper der GMO-Platte gebildet wurden. Die Funktion der für das Schaltelement erforderlichen Spannungsschicht wurde also nicht erhalten. Ein Syntheseversuch wurde unter Verwendung

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von KpCO„, Gd₂0„ und MoO durchgeführt und eine chemische Reaktion gemäß folgender Gleichung nachgewiesen;

K₂CO₃ + Gd₂O + 4MoO₃ = 2KGd(MoO₁^)₂ + CO₂

Die Untersuchung durch Röntgenbeugung zeigte jedoch, daß das Produkt keine Scheelitstruktur hat. Es ist somit klar, daß die brauchbare Funktion der Spannungsschichten mit diesem Produkt nicht erwartet werden kann.

Beispiel h

Unter Verwendung einer Platte aus Tb₃(MoO. ) -Kristall anstelle der GMO-Platte im vorangehenden Beispiel 2 wurden ähnliche Spannungsschichten in der Platte als Ergebnis der Erzeugung von LiTb(MoO.) gebildet.

Beispiel 5

Unter Verwendung einer Platte aus (Gd_n _ Dy_n „) h)„-Kristall anstelle der GMO-Platte im vorangehenden Beispiel 1 wurden ähnliche Spannungsschichten in der Platte gebildet als Ergebnis der Erzeugung von Na(Gd_n _ Dy_n „)

Beispiel 6

Unter Verwendung einer Platte aus (Gd_n gSm ₂^0 2^2 (MoO.) -Kristall anstelle der GMO-Platte und von NaC0„ anstelle von NaCl bei Beispiel 1 wurden ähnliche Spannungs-

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schichten gebildet als Ergebnis der Erzeugung von Na(Gd_n

Beispiel 7

Unter Verwendung einer Platte, von (Tb_n „-Nd_n „.)„
(Mo₀ g¥_{0 2}0^) -Kristall anstelle der GMO-Platte in Beispiel 1 wurden ähnliche Spannungsschichten in der Platte erhalten als Ergebnis der Erzeugung von Na(Tb_{n QC},Nd„ _nK)

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Claims

Patentansprüche

ί1.)Domänen-Schaltelement mit einer Kristallplatte aus einem· irregulären ferroelektrischen Material, gekennzeichnet durch

eine Schalt.region;

eine erste sich längs der <^110^ -Richtung des irregulären ferroelektrischen Kristalls erstreckende durch eine Spannungsschicht mit einer MuItidomänenstruktür gebildete Kerndomäne an einer Endfläche der Platte;

eine zweite sich längs der -/110^. -Richtung des Kristalls erstreckende durch eine Spannungsschicht mit einer Multidomänenstruktür gebildete Kerndomäne an der anderen Endfläche der Platte, wobei die ersten und zweiten Kerndomänen voneinander isoliert sind;

ein Paar von an den beiden sich gegenüberliegenden Flächen der Kristallplatte senkrecht zur ferroelektrischen Achse des Kristalls angeordneten Elektroden; und

eine Energiequelle für die Anlegung einer Spannung an der Schaltregion über das Elektrodenpaar.
2. Domänen-Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile der ersten und zweiten Kerndomänen in der Nachbarschaft zur Schaltregion die gleiche Polarisationsrichtung haben wie in den entsprechenden Teilen der Schaltregion nahe den Kerndomänen.

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3· Domänen-Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallplatte aus einer Verbindung mit einer Kristallstruktur ähnlich derjenigen von Gadoliniummolybdat besteht, die der Formel entspricht:

(Rx R' )„ O_ · 3Mo. WeO₀,
^v 1-x'2 3 ^J 1-e 3

in der R und R¹ individuelle Seltenerdelemente bedeuten und χ im Bereich von O bis 1,0 und e im Bereich von O bis 0,2 veränderlich sind.
4. Domänen-Schaltelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallplatte aus einer Verbindung hergestellt ist, deren Kristallstruktur derjenigen von Gadoliniummolybdat ähnlich ist und die durch folgende Formel wiedergegeben wirds

(Rx R'.,__x)₂ O

in der R und R¹ individuelle Seltenerdelemente bedeuten und χ im Bereich von 0 bis 0,1 und e im Bereich von 0 bis 0,2 veränderlich sind.
5· Verfahren zur Herstellung eines Domänen-Schaltelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

a) daß man eine Kristallplatte aus einem irregulären ferroelektrischen Material mit zwei sich gegenüberstehenden Ebenen bzw. Flächen senkrecht zur ferroelektrischen Achse des Kristalls herstellt, die eine bestimmte Dicke zwischen den ferroelektrischen Oberflächen hat;

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.60- 2232G00

b) daß man auf eine der ferroelektrischen Flächen eine erste Elektrode als Überzug aufbringt;

c) daß man eine aus den Halogeniden von Na, K und Li ausgewählte Verbindung zu beiden Seiten des für die Schaltregion vorgesehenen Oberflächenanteil längs der -^"110^. Richtung auf der anderen der ferroelektrischen Flächen aus der Dampfphase abscheidet;

d) daß man die so behandelte Kristallplatte einer Wärmebehandlung in halogenhaltiger Atmosphäre bei einer Temperatur von 200 bis 600 °C unterwirft;

e) daß man auf die in der Dampfphase beschichtete Oberfläche eine zweite Elektrode als Überzug aufbringt; und schließlich

f) eine dritte Elektrode nur an dem für die Schaltregion vorbestimmten Anteil vorsieht, nach dem die Kristallplatte mit Wasser gespült worden ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die irreguläre ferroelektrische Kristallplatte aus einer Verbindung hergestellt ist, die eine Kristallstruktur ähnlich derjenigen von Gadoliniummolybdat besitzt und der folgenden Formel entspricht:

in der R und R¹ individuelle Seltenerdelemente bedeuten und χ im Bereich von 0 bis 1,0 und e im Bereich von 0 bis 0,2 veränderlich sind.

2G9ß8?
7. Verfahren nach Anspruch 5a bis d zur Herstellung eines Domänen-Schaltelementes nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Wärmebehandlung in halogenhaltiger Atmosphäre bei Temperaturen ^vvon 200 bis 500 C eine als Elektrode dienende Substanz über die gesamte in der Dampfphase beschichtete Oberfläche als Überzug aufgebracht wird; daß die Kristallplatte nach Waschen mit Wasser auf eine Temperatur oberhalb des um 50 C unterhalb des Curie-Punktes des Kristalls liegenden Niveaus aufgeheizt und schließlich die aufgeheizte Kristallplatte unter kontinuierlicher Anlegung einer konstanten Gleichspannung auf Zimmertemperatur abkühlt.
8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die die Schaltregion bildende Kristallplatte aus einer Verbindung mit einer Kristallstruktur ähnlich derjenigen von Gadoliniummolybdat hergestellt-wird, die durch folgende Formel gegeben ist:

(^{RC RI}1 χ)2⁰I * ^3MO1 θW '

in der R und R' individuelle Seltenerdelemente bedeuten und χ im Bereich von O bis 0,1 und e im Bereich von 0 bis 0,2 variiert.
9. Verfahren nach Anspruch 5a bis d, dadurch gekennzeichnet, daß die in Halogenatmosphäre bei Temperaturen von 200 bis 600 °C wärmebehandelte Kristallplatte schließlich nur auf dem vorbestimmten Anteil der Schalt region mit einer Elektrode versehen wird, nachdem die Kristallplatte mit Wasser gewaschen worden ist.

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10. Verfahren zur Herstellung eines Doraänen-Sehaltelementes nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Schrittes

Herstellung einer Kristallplatte aus irregulärem ferroelek-* trischen Material mit zwei sich gegenüberstehenden Flächen senkrecht zur ferroelektrischen Achse des Kristalls und mit? einer bestimmten Dicke zwischen den ferroelektrischen Oberflächen;

Abscheidung einer aus den Halogeniden von Na, K und Li ausgewählten Verbindung aus der Dampfphase zu den beiden Seiten eines vorbestimmten Anteils besagter Schaltregion längs der <^1 1O^> -Richtung des Kristalls;

Wärmebehandlung der wie oben bearbeiteten Kristallplatte in Halogenatmosphäre bei Temperaturen von 200 bis 500 C;

Überziehen der gesamten aus der Dampfphase beschichteten Oberfläche mit einer als Elektrode dienenden Substanz;

Aufheizen der Kristallplatte nach Waschen mit Wasser bis auf Temperaturen oberhalb des um 50 ⁰C unter dem Curie-Punkt des Kristalls liegenden Niveaus; und schließlich

Abkühlen der aufgeheizten Kristallplatte auf Zimmertemperatur unter kontinuierlicher Anlegung einer konstanten Gleichspannung.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallplatte aus einer Verbindung mit einer Struktur ähnlich derjenigen von Gadoliniummolybdat 'hergestellt wird, die der Formel entspricht:

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(RxR. ^)₂O₃ .

in der R und R¹ individuelle Seltenerdelemente bedeuten und χ im Bereich von O bis 0,1 und e von O bis 0,2 veränderlich sind.
12. Verfahren zur Herstellung eines Domänen-Schaltelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß man eine Kristallplatte aus irregulärem ferroelektrischen Material mit zwei sich gegenüberliegenden Ebenen oder Flächen senkrecht zur ferroelektrischen Achse herstellt;

daß man auf eine der ferroelektrischen Flächen der Kristallplatte eine Elektrode als Überzug aufbringt;

daß man auf einen vorbestimmten Flächenbereich der Schaltregion längs der ^110\ -Richtung in der anderen der ferroelektrischen Oberflächen eine isolierende Schicht als Überzug aufbringt;

daß man die Kristallplatte durch die isolierende Schicht mit radioaktiver Strahlung bestrahlt; und

daß man die isolierende Schicht entfernt zur Erzeugung einer Elektrode auf dem Flächenbereich, wo die Schicht entfernt worden ist.
13· Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Schaltregion bildende Kristallplatte aus einer Verbindung mit einer Kristallstruktur ähnlich derjenigen von Gadoliniummolybdat hergestellt ist, die der folgenden Formel entspricht:

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(RxR. ^)₂O₃ .

in der R und R¹ individuelle Seltenerdelemente bedeuten und χ im Bereich von O bis O,1 und e im Bereich von O bis 0,2 variieren.
14. Verwendung des Domänenschaltelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für einen optischen Raummodulator.

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