Особенности кристаллизации и физических свойств тонкопленочной гетероструктуры цирконат-титанат свинца – оксид свинца
Аннотация
С использованием различных диагностических методов исследования структуры и физических свойств (методы синхронного термического анализа, атомно-силовой микроскопии, работающей в режиме измерения тока, электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа, динамического метода определения пироэлектрического отклика) исследованы особенности кристаллизации и физических свойств тонкопленочной гетероструктуры ЦТС-PbO1+x, сформированной двухстадийным методом ВЧ магнетронного распыления керамической мишени.
На первой стадии происходило осаждение аморфных пленок на «холодную» платинированную кремниевую подложку, на второй – проводился высокотемпературный отжиг на воздухе. Показано, что в процессе отжига аморфных пленок и кристаллизации промежуточной пирохлорной фазы происходит доокисление структуры с образованием ортоплюмбата и диоксида свинца, а также доокислением включений органической природы. Наличие жидкой фазы оксида свинца способствует образованию фазы пирохлора.
Обнаружено, что прослойки оксида свинца обладают существенно более высокой сквозной проводимостью, чем перовскитовые блоки. Предполагается, что повышенная проводимость прослоек оксида свинца связана с диоксидом свинца, отличающимся высокими проводящими свойствами. В самополяризованных тонких пленках выявлен аномальный электрический отклик на стробирующее тепловое воздействие, включающий в себя классический пироэлектрический отклик, локальную фотопроводимость, шунтированную слоями перовскитовой фазы, а также сквозную фотопроводимость, Наличие фотопроводимости также связывается с проводящими свойствами диоксида свинца
Скачивания
Литература
Ma Y.-C., Song J., Zhao Y.-Y., … Liu Y. Excellent uniformity and properties of micro-meter thick lead zirconate titanate coatings with rapid thermal annealing. Materials. 2023;16(8): 3185. https://doi.org/10.3390/ma16083185
JoJi Y.-Y., Lee Y., Park E.-P., … Song H.-C. Epitaxial PZT film-based ferroelectric field-effect transistors for artificial synapse. ACS Applied Electronic Materials. 2023; 5(8):4549–4555. https://doi.org/10.1021/acsaelm.3c00691
Ma Y., Son J., Wang X., Liu Y., Zhou J. Synthesis, microstructure and properties of magnetron sputtered lead zirconate titanate (PZT) thin film coatings. Coatings. 2021;11(8): 944. https://doi.org/10.3390/coatings11080944
Singh S., Selvaraja S. K. Sputter-deposited PZT on patterned silicon optimization for C-band electrooptic modulation. Journal of the Optical Society of America B. 2023;40(9): 2321-2329. https://doi.org/10.1364/josab.497538
Teuschel M., Heyes P., Horvath S., Novotny C., Cleric A. R. Temperature stable piezoelectric imprint of epitaxial grown PZT for zero-bias driving MEMS actuator operation. Micromachines. 2022;13(10): 1705. https://doi.org/10.3390/mi13101705
Song L, Glinsek S., Defay E. Toward lowtemperature processing of lead zirconate titanate thin films: Advances, strategies, and applications. Applied Physical Review. 2021;8: 041315. https://doi.org/10.1063/5.0054004
Picco A., Ferrarini P., Ferrarini P., … Lazzari M. Piezoelectric Materials for MEMS. In: Vigna B., Ferrari P., Villa F.F ., Lasalandra E., Zerbini S. (eds). Silicon Sensors and Actuators. Springer, Cham; 2022. pp. 293–344. https://doi.org/10.1007/978-3-030-80135-9_10
Krupanidhi S. B., Roy D., Maffei N., Peng C. J. Pulsed excimer laser deposition of ferroelectric thin films. Integrated Ferroelectrics. 1992;1: 253–268. https://doi.org/10.1080/10584589208215716
Izyumskaya N., Alivov Y.-I., Cho S.-J., Morkoç H., Lee H., Kang Y.-S. Processing, structure, properties, and applications of PZT thin films. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2007;32: 111–202. https://doi.org/10.1080/10408430701707347
Pronin V. P., Senkevich S. V., Kaptelov E. Yu., Pronin I. P. Anomalous losses of lead in crystallization of the perovskite phase in thin PZT films. Physics of the Solid State. 2013;55: 105–108. https://doi.org/10.1134/s1063783413010277
Dolgintsev D. M., Pronin V. P., Kaptelov E. Yu., Senkevich S. V., Pronin I. P. Studying the composition and phase state of thin PZT films obtained by highfrequency magnetron sputtering under variation of working gas pressure. Technical Physics Letters. 2019;45(3): 245–248. https://doi.org/10.1134/s1063785019030258
Song Z.-T., Gao J.-X., Zhu X.-R., Wang L.-W., Fu X.-R., Lin C.-G. Effect of excess Pb on structural and electrical properties of Pb(Zr0.48Ti0.52)O3 thin films using MOD process. Journal of Materials Science. 2001;36: 4285–4289. https://doi.org/10.1023/A:1017999223329
Park C.-S., Lee J.-W., Lee S.-M., Jun S.-H., Kim H.-E. Effect of excess PbO on microstructure and orientation of PZT (60/40) films. Journal of Electroceramics. 2010;25: 20–25. https://doi.org/10.1007/s10832-009-9584-9
Senkevich S. V., Pronin I. P., Kaptelov E. Yu., Sergeeva O. N., Il’in N. A., Pronin V. P. Effect of lead oxide on the dielectric characteristics of heterogeneous Pb(Zr,Ti)O3 + PbO films obtained by a two-stage method. Technical Physics Letters 2013;39: 400–403. https://doi.org/10.1134/s1063785013040238
Mukhin N., Chigirev D., Bakhchova L., Tumarkin A. Microstructure and properties of PZT films with different PbO content. Ionic mechanism of built-in fields formation. Materials. 2019;12(18): 2926. https://doi.org/10.3390/ma12182926
Osipov V. V., Kiselev D. A., Kaptelov E. Yu., Senkevich S. V., Pronin I. P. Internal field and selfpolarization in lead zirconate titanate thin films. Physics of the Solid State. 2015;57: 1793-1799. https://doi.org/10.1134/s1063783415090267
Balke N., Bdikin I., Kalinin S. V., Kholkin A. L. Electromechanical imaging and spectroscopy of ferroelectric and piezoelectric materials: state of the art and prospects for the future. Journal of American Ceramic Society. 2009;92(8): 1629–1647. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2009.03240.x
Mtebwa M., Setter N. Control of self-polarization in doped single crystalline Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 thin films. Integrated Ferroelectrics. 2022;230(1): 148–155. https://doi.org/10.1080/10584587.2022.2102807
Zhang T., Yin C., Zhang C., … Fei W.-D. Selfpolarization and energy storage performance in antiferroelectric-insulator multilayer thin films. Composites Part B Engineering. 2021;221: 109027l. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109027
Tentilova I. Yu., Kaptelov E. Yu., Pronin I. P., Ugolkov V. L. Micropore formation in lead zirconate titanate films. Inorganic Materials. 2012;48(11): 1136–1140. https://doi.org/10.1134/s0020168512110155
Scanlon D. O., Kehoe A. B., Watson G. W., … Walsh A. Nature of the band gap and origin of the conductivity of PbO2 revealed by theory and experiment. Physical Review Letters. 2011;107(24): 246402. https://doi.org/10.1103/physrevlett.107.246402
Copyright (c) 2023 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
