Пироэлектрические свойства тонких пленок цирконата титаната свинца, сформированных на подложках из ситалла, кремния и стали

• Автор: Сергеева, Ольга Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 138 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Тонкопленочные структуры на основе цирконата титаната

свинца

1.2. Самопроизвольная поляризация в тонких сегнетоэлектрических

пленках

1.3. Пироэлектрические свойства тонких сегнетоэлектрических пленок

1.4. Поле деполяризации в сегнетоэлектрических пленках с учетом влияния электродов

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ ТОНКИХ ПЛЕНОК ЦТС, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ОБРАЗЦЫ

2.1. Динамический метод исследования пироэлектрических свойств тонких пленок ЦТС

2.1.1. Методика определения величины пирокоэффициента в тонких сегнетоэлектрических пленках ЦТС
2.1.2. Методика определения направления и степени самополяризации в сегнетоэлектрической пленке
2.2. Экспериментальные установки
2.3. Объекты исследований
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. Пироэлектрический отклик тонкопленочных
Ц'ГС-структур, сформированных на различных подложках
3.2. Петли пироэлектрического гистерезиса для пленок ЦТС, сформированных на подложках из ситалла
3.2.1. Пироэлектрические петли гистерезиса пленок ЦТС, распыленных из мишеней стехиометрического состава
и содержащих избыток оксида свинца
3.2.2. «Остаточный» пироэлектрический гистерезис в пленках ЦТС
(REM hysteresis^
3.2.3. Форма пироэлектрических петель для пленок ЦТС при
различных температурах
3.2.4. Влияние толщины пленки ЦТС на
величину ее самополяризации
3.3. Аномальные пироэлектрические петли в пленках ЦТС на ситалловых подложках
3.4. Петли пироэлектрического гистерезиса тонких
пленок ЦТС, сформированных на кремниевой подложке
3.5. Пироэлектрические свойства пленок состава
РЬ^о^Го^ХУоднСсЦоОО-ь осажденных на стальные подложки
3.5.1. Петли пироэлектрического гистерезиса в униполярных пленках РЬ(ТЦ452г0,яУо,о1Сс1оо,)01
3.5.2. Влияние отжига на поведение пироотклика в пленках РЬ(ТЦ452го>5^оо1Сйо>о1)04
3.5.3. «Встречная» поляризация в пленках РЬ^о^г^-МнпСсЦшРз
3.6. Пиро-фотоэлектрические отклики в конденсаторных структурах
на основе ЦТС
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1. Расчет формы пироэлектрических импульсов тонкопленочных
структур
4.2. Влияние механических напряжений на величины пирооткликов пленок ЦТС, сформированных на подложках из ситалла
и кремния
4.3. Внутренние поля и их влияние на поведение пироотклика тонкопленочных сегнетоэлектрических структур системы ЦТС
4.4. Влияние оксида свинца, внедренного в объем пленки ЦТС,
на ее физические параметры
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность темы. Масштабные исследования тонкопленочных сегнетоэлектриков начались в начале 90-х годов прошлого столетия и были связаны с вновь открывшимися перспективами их практического использования. Решение проблемы, связанной с совместимостью технологий выращивания тонких сегнетоэлектрических слоев с кремниевой микроэлектроникой, привело к тому, что в настоящее время интегрированные сегнетоэлектрики находят широкое применение в устройствах динамической и статической (неразрушаемой) памяти, СВЧ устройствах, электромеханических излучателях, разнообразных сенсорах акустических и тепловых волн. По мере дальнейшего развития и совершенствования микроэлектронных технологий происходит миниатюризация устройств и приборов, созданных на базе тонкопленочных сегнетоэлектриков, расширяется сфера их применений, повышается их эффективность.
Среди материалов для интегрированных се!нетоэлектриков основное место занимают твердые растворы титаната бария сгронция и цирконата-титаната свинца, обладающие, с точки зрения практических приложений, наилучшими характеристиками. Будучи включенными в состав многослойных композиций (часто в виде плоского тонкопленочного сегнетоэлектрического конденсатора), эти материалы приобретают новые свойства, связанные с интерфейсными явлениями, механическими взаимодействиями с подслоями и подложкой; особенно сильно эти свойства проявляются в наноразмерных пленках.
Пьезоэлектрические и пироэлектрические свойства таких материалов представляют огромный интерес для создания эффективных и конкурентоспособных устройств, работающих в сложных условиях. Одним из базовых материалов для таких применений являются твердые растворы

Наличие объемных зарядов и внутренних полей в тонких сегнетоэлектрических пленках оказывает значительное влияние на их свойства, в частности, на возникновение самопроизвольной поляризации. Исследование токов термостимулированной деполяризации (ТСД) позволяет получить информацию о центрах захвата, ответственных за формирование объемных зарядов. Сущность этих методов заключается в регистрации высвобождаемых неравновесных носителей заряда в процессе нагрева образца. При нагреве с постоянной скоростью образца, замкнутого на нагрузочное сопротивление, происходит термическое освобождение электронов из центров прилипания, вследствие чего заряд на электродах изменяется, и во внешней цепи появляется термостимулированный ток. При исследовании термостимулированных токов в пленках ЦТС используется установка по изучению пироэффекта квазистатическим методом, который заключается в измерении тока, текущего через сопротивление, подключенное к электродам образца, при непрерывном изменении температуры. Блок- схема установки представлена на рис. 2.7.
2 3 иг 4
1
Рис. 2.7. Блок-схема установки для намерения термостимулированных токов в тонких пленках ЦТС: 1 - столик с вмонтированным в его основание нагревателем, 2 - тонкая пленка, 3 - электроды исследуемой конденсаторной структуры, 4 - электрометрический усилитель У5-9 (электрометр В7-30), 5 - вольтметр В7-35 (или самописец)
Перед нагревом образцы подвергаются поляризации посредством приложения напряжения от 5 до 20 В в течение 1 часа при комнатной температуре. Нагрев поляризованных образцов производится от комнатной температуры до точки Кюри. Измерение токов ТСД производится либо с