WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

работы, в которых были исследованы концентрационные зависимости самополяризованного состояния в тонких пленках PZT [7,14]. В [7] пленки были изготовлены по двухстадийной технологии, что существенно затрудняет анализ механического вклада в самополяризацию. Напротив, результаты, полученные в [14] на 111 -ориентированных пленках (рис. 6), удовлетворяют всем положениям нашей модели.

Согласно рис. 3 и 5, c, модель, описывающая механический вклад в поляризацию для таких пленок, предполагает, что величина самополяризации неизменна во всем диапазоне существования тетрагональной фазы и скачком падает примерно в 1.8 раза при переходе в область ромбоэдрической фазы. Из экспериментальной зависимости самополяризации (кривая 1 на рис. 6) видно, что аналогичный скачок в области МРВ происходит так же, при этом величина скачка оказывается близкой к расчетной. В отличие от модельной кривой Рис. 6. Концентрационные зависимости самополяризации величина самополяризации монотонно уменьшается в (1 — эксперимент [14], 2 —расчет) и диэлектрической пронитетрагональной фазе с ростом содержания Zr и продол- цаемости [14] (3) для тонких пленок твердых растворов PZT.

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Вклад механических напряжений в самополяризацию тонких сегнетоэлектрических пленок Если заряды на интерфейсе создают такое поле, то его оказывают решающее влияние на величину самополяриможет быть достаточно для поляризации пленки при зации. Эти напряжения приводят к устранению 90 дотемпературе, близкой к температуре Кюри. менов, формированию 180 доменной структуры и, как Как видно из формулы (2), величина поляризующе- следствие, к уменьшению коэрцитивных полей. К сожалению, отсутствие экспериментальных результатов по го электрического поля E0 обратно пропорциональна концентрационным зависимостям самополяризованного квадратному корню из диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика. Поскольку диэлектрическая проница- состояния не позволяет подтвердить рассмотренные модели во всей полноте (для пленок различных составов емость (x) изменяется в пленках PZT немонотонно и и разных ориентаций). Наиболее интересными были бы претерпевает максимум в области МРВ [14] (кривая 3 на результаты исследования 100 -ориентированных плерис. 6), концентрационную зависимость относительного нок PZT, выращенных на кремниевых подложках. В этом изменения самополяризации можно представить в виде случае следует ожидать ярко выраженную концентраци1/онную зависимость самополяризации (рис. 1, a и 5, a).

P(x)/Pmax = th/(x), Полученные результаты, выявляющие роль механических напряжений в возникновении самополяризации, где th — пороговая диэлектрическая проницаемость, позволяют сформулировать критерии выбора оптимальпри которой самополяризация достигает максимально ных составов пленок PZT для различных применений.

возможного значения Pmax (при th = 209, соответству1) Для использования в пироэлектрических приемющей составу Zr/(Zr + Ti)=x = 0.20). Эта зависимость никах, сформированных на кремниевых подложках, с учетом скачка самополяризации на МРВ представлена кривой 2 на рис. 6. Сравнение кривых 1 и 2 показы- предпочтительными оказываются 100 -текстурированвает, что предложенная расчетная модель хорошо опи- ные пленки PZT, состав которых близок к титанату сывает экспериментальное поведение самополяризации свинца. В этих пленках высокая степень самополярикак в тетрагональной фазе, так и на МРВ. Модель- зации достигается ориентирующим воздействием механических напряжений на направление поляризации, ные представления о роли механических напряжений соответствующее нормали к плоскости подложки. Техв изменении самополяризации (рис. 5, c) при переходе через МРВ в 111 -ориентированных пленках подтверж- нологические трудности по реализации таких структур связаны с тем, что традиционно используемые платинодаются экспериментальными данными [14].

вые электроды характеризуются 111 -ростовой текстурой, что предопределяет 111 -ориентацию пленок PZT.

3. Обсуждение результатов Тем не менее определенные технологические приемы позволяют получать 100 -ориентированные пленки PZT Проведенный анализ свидетельствует о том, что при- хорошего качества [34]. При использовании подложек с рода самополяризации в тонких сегнетоэлектрических величиной l, равной (6-8) · 10-6 K-1 и выше, представпленках носит электромеханический характер. Важной ляют интерес 111 -ориентированные пленки PZT ромособенностью модели является связь поляризующе- боэдрической модификации, достаточно далеко отстояго электрического поля на границе раздела нижний щие от МРВ. Пироэлектрический коэффициент у таких электрод-сегнетоэлектрическая пленка с диэлектриче- составов оказывается существенно выше, чем у состаской проницаемостью. В соответствии с формулой (2) вов, близких к титанату свинца, о чем свидетельствуют для поляризации сегнетоэлектрика важнее иметь мень- результаты работы [1].

шую диэлектрическую проницаемость (и как следствие 2) Для устройств памяти (FRAM) следует добиваться более сильное поле на границе раздела), чем большие уменьшения концентрации дефектов и носителей заряда, диэлектрическую проницаемость и дебаевскую длину что отвечает требованию формирования стехиометриэкранирования. Этот факт, по-видимому, обусловлен ческих пленок PZT и позволяет получать тонкие пленки тем, что для зарождения домена на границе раздела, с симметричными петлями гистерезиса и C-V -характеориентированного по полю, требуется большая энергия, ристиками. Для устойчивой работы устройств целесообчем для прорастания в глубь пленки.

разно использовать пленки PZT, в которых отсутствуют Механические напряжения, связанные с различием 90 домены. Такая ситуация реализуется в 100 -ориенвеличин l сегнетоэлектрического слоя и подложки, тированных пленках PZT тетрагональной модификации не являются причиной появления самополяризации, но с составами, близкими к титанату свинца (рис. 1, a и 4), влияют на ее величину при растяжении или сжатии сформированных на кремниевых подложках. Отсутствие сегнетоэлектрической пленки, изменении ее структуры 90 доменов приводит к уменьшению переключаемых и ориентации, соотношения толщин подложки и пленки, электрических полей и увеличению переключаемого а также технологических условий формирования сегне- заряда. Высокая эффективность устройств памяти может тоэлектрического слоя. В структуре кремниевая подлож- быть реализована при использовании 111 -ориентика-пленка PZT сжимающие напряжения, действующие рованных пленок PZT ромбоэдрической модификации, в пленках PZT, близких по составу к титанату свинца, сформированных на подложках с высоким значением l.

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 1690 И.П. Пронин, Е.Ю. Каптелов, А.В. Гольцев, В.П. Афанасьев В этом случае сегнетоэлектрические пленки также на- [21] W.L. Warren, B.A. Tuttle, D. Dimos, G.E. Pike, H.N. Al-Shareef, R. Ramesh, J.T. Evans. Jpn. J. Appl. Phys. 35 (Pt I), 2B, ходятся в состоянии сжатия, и их доменная структура 1521 (1996).

будет содержать только 180 домены. При этом эффект [22] R. Poyato, M.L. Calzada, J. Ricote, L. Pardo, B. Willing. Integr.

усталости, который является одной из главных причин Ferroelectrics 35, 77 (2001).

преждевременного выхода из строя устройств FRAM, [23] E.G. Lee, J.S. Park, J.K. Lee, J.G. Lee. Thin Solid Films 310, будет связан только с образованием встречных доменов.

327 (1997).

Однако большинство исследователей основное вни[24] E.G. Lee, J.K. Lee, J.-Y. Kim, J.G. Lee, H.M. Jang, S.J. Kim.

мание при анализе усталости уделяет влиянию элекJ. Mater. Sci. Lett. 18, 2025 (1999).

трических дефектов и полей на деградацию параметров [25] R. Kohler, N. Neumann, N. He, R. Bruchhaus, W. Wersing, пленок [35] и не учитывает вклада механических напряM. Simon. Ferroelectrics 201, 83 (1997).

жений в этот эффект. Поэтому представляет интерес [26] R. Kohler, G. Suchaneck, P. Padmini, T. Sandner, G. Gerlach, G. Hofmann. Ferroelectrics 225, 57 (1999).

проведение дополнительных исследований роли механи[27] M. Grossmann, O. Lohse, T. Scheller, D. Bolten, U. Boettger, ческих напряжений в эффекте усталости.

J.R. Contreras, H. Kohlstedt, R. Waser. Integr. Ferroelectrics 37, 205 (2001).

[28] Yu.A. Boikov, T. Claeson. Physica B 311, 250 (2002).

Список литературы [29] K. Abe, S. Komatsu, N. Yanase, K. Sano, T. Kawakubo. Jpn.

J. Appl. Phys. 36 (Pt I), 9B, 5846 (1997).

[1] M. Adachi, T. Matsuzaki, N. Yamada, T. Shiosaki, A. Kawa[30] T. Yasumoto, N. Yanase, K. Abe, T. Kawakubo. Jpn. J. Appl.

bata. Jpn. J. Appl. Phys. 26, 4, 550 (1987).

Phys. 39 (Pt I), 9B, 5369 (2000).

[2] E. Sviridov, I. Sem, V. Alyoshin, S. Biryukov, V. Dudkevich.

[31] B.G. Shirane, K. Suzuki, A. Takeda. J. Phys. Soc. Jap. 7, 1, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 361, 141 (1995).

(1952).

[3] А.В. Гориш, В.П. Дудкевич, М.Ф. Куприянов, А.Е. Па[32] Б. Яффе, У. Кук, Г. Яффе. Пьезоэлектрическая керамика.

нич, А.В. Турик. Пьезоэлектрическое приборостроение.

Мир, М. (1974). 288 с.

Т. 1: Физика сегнетоэлектрической керамики. Издатель[33] А.И. Ансельм. Введение в теорию полупроводников. Науское предприятие редакции журнала „Радиотехника“. М.

ка, М. (1978). 615 с.

(1999). 368 с.

[34] K.A. Vorotilov, M.I. Yanovskaya, O.A. Dorokhova. Integr.

[4] R. Dat, D.J. Lichtenwalner, O. Auciello, A.I. Kingon. Integr.

Ferroelectrics 3, 33 (1993).

Ferroelectrics 5, 275 (1994).

[35] A.K. Tagantsev, I. Stolichnov, E.L. Colla, N. Setter. J. Appl.

[5] G.A.C.M. Spierings, G.J.M. Dormans, W.G.J. Moors, Phys. 90, 3, 1387 (2001).

M.J.E. Ulenaers, P.K. Larsen. J. Appl. Phys. 78, 1926 (1995).

[6] H. Maiwa, N. Ishinose, K. Okazaki. Jpn. J. Appl. Phys. (Pt I), 9B, 5240 (1994).

[7] A.L. Kholkin, K.G. Brooks, D.V. Taylor, S. Hiboux, N. Setter.

Integr. Ferroelectrics 22, 525 (1998).

[8] J. Lee, R. Ramesh. Appl. Phys. Lett. 68, 4, 484 (1996).

[9] S. Okamura, S. Miyata, Y. Mizutani, T. Nishida, T. Shiosaki.

Jpn. J. Appl. Phys. 38 (Pt I), 9B, 5364 (1999).

[10] V.P. Afanasjev, A.A. Petrov, I.P. Pronin, E.A. Tarakanov, E.Yu. Kaptelov, J. Graul. J. Phys.: Cond. Matter 13, 39, (2001).

[11] И.П. Пронин, Е.Ю. Каптелов, Е.А. Тараканов, В.П. Афанасьев. ФТТ 44, 9, 1659 (2002).

[12] I.P. Pronin, E.Yu. Kaptelov, E.A. Tarakanov, L.M. Sorokin, V.P. Afanasjev, A.V. Pankrashkin. Integr. Ferroelectrics 49, 285 (2002).

[13] J. Frey, F. Schlenkrich, A. Schonecker. Integr. Ferroelectrics 35, 195 (2001).

[14] R. Bruchhaus, D. Pitzer, M. Schreiter, W. Wersing.

J. Electrocer. 3, 2, 151 (1999).

[15] M. Kobune, H. Ishito, A. Mineshige, S. Fujii, R. Takayama, A. Tomozawa. Jpn. J. Appl. Phys. 37 (Pt I), 9B, 5154 (1998).

[16] S. Hiboux, P. Muralt. Integr. Ferroelectrics 36, 83 (2001).

[17] R. Jimenez, C. Alemany, J. Mendiola. Ferroelectrics 268, (2002).

[18] C.H. Choi, J. Lee, B.H. Park, T.W. Noh. Integr. Ferroelectrics 18, 39 (1997).

[19] K.W. Kwok, B. Wang, H.L.W. Chan, C.L. Chov. Ferroelectrics 271, 69 (2002).

[20] G.E. Pike, W.L. Warren, D. Dimos, B.A. Tuttle, R. Ramesh, J. Lee, V.G. Keramidas, J.T. Evans. Appl. Phys. Lett. 66, 4, 484 (1995).

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.