WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Рис. 3. Компьютерное моделирование (начальное состояние 2.2. Пoлностью экранированное полидос нулевым внутренним полем смещения): a — функции менное начальное состояние. Моделирораспределения внутреннего поля смещения для различных N, вание циклического переключения из полидоменного аппроксимированные гауссианом; b — токи переключения полностью экранированного состояния показало первов треугольном импульсе для N = 50: E/w = 0 —теория начальное увеличение переключаемого заряда. Эта осоПрейзаха, E/w = 0 — модифицированный подход [25]. E — бенность позволила выделить дополнительную стадию разность пороговых полей для образования изолированного формовки (rejuvenation), предшествующую стадии устазародыша и для роста доменов. На вставке — зависимость jmax лости (рис. 5, a). Видно, что геометрия переключаемой от 1/w, аппроксимированная выражением (5).

области на стадиях формовки и усталости качественно различаются (рис. 6). В процессе формовки значительно увеличивается ширина и изменяется связность переключаемой области. После завершения формовки она представляет собой связную лабиринтную структуру. На стадии усталости наблюдается самосогласованное сглаживание и упрощение лабиринтной структуры. Моделирование показало, что происходит преимущественное образование и рост замороженных доменов одного знака Рис. 4. Уменьшение относительных величин переключаемого заряда (a) и максимального значения тока переключения (b), полученное в результате моделирования процесса циклического переключения. Начальное состояние с нулевым внутренним полем смещения.

сианом (рис. 3, a). В процессе циклического переключения первоначально узкая функция распределения размыРис. 5. Стадии формовки и усталости: a — моделирование при вается (значительно увеличивается дисперсия w). Появпереключении из полностью экранированного полидоменного ление и рост двух максимумов функции распределения начального состояния; b — экспериментальные данные для при Eb = ±Erd соответствуют образованию и уветонких пленок PZT.

личению площади кинетически замороженных доменов (рис. 3, a).

Cогласно теории Прейзаха, функция распределения внутреннего поля смещения определяет зависимость заряда и тока переключения от прикладываемого напряжения при тестировании в треугольных импульсах [33,34].

Размытие f (Eb, N) при циклическом переключении приводит к уменьшению переключаемого заряда, поскольку переключение поляризации прекращается в областях, где локальное поле Eloc становится меньше порогового поля Eth. В нашей модификации подхода Прейзаха [35] Рис. 6. Изменение переключаемой области при цикличепринят во внимание отмеченный выше факт, что пороском переключении, полученное в результате моделирования.

говые поля для образования изолированного зародыша Переключение из полностью экранированного полидоменного и для роста доменов (пристеночного зародышеобразованачального состояния. Черное поле — переключаемая область, ния) существенно различаются. Показано, что в данной светло-серое и темно-серое поля — замороженные домены модели зависимость максимального значения тока пере- различного знака.

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. Кинетический подход к объяснению эффекта усталости в сегнетоэлектриках лярных импульсов с 100% заполнением (без паузы между импульсами). Амплитуда импульсов составляла Ucyc5-8 V, а частота f выбиралась в пределах от cyc 10 Hz до 1 MHz. Петли гистерезиса и токи переключения измерялись при приложении импульсов треугольной формы ( f = 10-100 Hz, Um = 5-7V) после m определенного количества циклов переключения в прямоугольных импульсах. Циклическое переключение и измерения были выполнены при комнатной температуре с использованием автоматизированного измерительного комплекса [29].

Полученные изменения заряда (рис. 5, b) и тока пеРис. 7. Полученная в результате моделирования эволюция функции распределения Eb на стадиях формовки (a) и уста- реключения (рис. 8, b) при циклическом переключении лости (b). Переключение из полностью экранированного полив пленках PZT подтверждают существование стадии доменного начального состояния.

формовки, которая наиболее ярко проявляется в увеличении jmax (рис. 9). Эволюция формы тока в процессе циклического переключения, полученная экспериментально, качественно согласуется с предсказаниями компьютерного моделирования (рис. 5, a и 8, a). Следует отметить, что при моделировании для ускорения расчета величина постоянной времени, характеризующей кинетику экранирования, выбиралась значительно меньше экспериментального значения, что и приводит к наблюдающемуся различию расчетных и экспериментальных значений N, при которых величина переключаемого заряда уменьшается вдвое (endurance).

Рис. 8. Изменение формы тока переключения на стадиях формовки и усталости: a — моделирование при переключении Таким образом, предложенная модель самосогласованиз полностью экранированного полидоменного начального ной эволюции локального внутреннего поля смещения состояния; b — экспериментальные данные для тонких плепозволила описать изменение геометрии переключаемой нок PZT.

области в процессе циклического переключения и предсказать существование стадии формовки. С помощью компьютерного моделирования обнаружена корреляция („униполярная усталость“). Знак униполярности опреде- изменения при циклическом переключении функции ляется геометрией начальной доменной структуры. Та- распределения внутреннего поля смещения и формы кая тенденция хорошо согласуется с опубликованными тока переключения. Установленная связь позволяет доэкспериментальными результатами [13].

полнительно извлекать важную информацию об особенЭволюция функции распределения внутреннего поля ностях кинетики процесса усталости из измерений тока смещения при этом качественно отличается от рассмотпереключения. Хорошее согласие результатов моделиренного выше случая с нулевым начальным внутренним рования с экспериментальными данными, полученными полем смещения. Два максимума, соответствующие нав тонких пленках PZT, подтверждают применимость чальным доменам противоположных знаков, размываютпредложенного подхода.

ся и сливаются в процессе формировки, образуя один широкий пик (рис. 7, a). Его дальнейшее поведение повторяет ранее описанное изменение f (Eb, N) (рис. 7, b).

На стадии формовки ток переключения представляет собой сумму двух вкладов, соответствующих переключению в областях с различным знаком внутреннего поля смещения (рис. 8, a).

3. Эксперимент Исследование формовки и усталости было проведено Рис. 9. Увеличение максимального значения тока переклюв пленках цирконата-титаната свинца Pb(Zr-.2Ti0.8)O3 чения на стадии формовки, полученное в результате моделитолщиной 100–200 nm. Верхний платиновый электрод рования (a), и экспериментальные данные по циклическому использовался для приложения прямоугольных бипо- переключению в тонких пленках PZT (b).

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 2054 В.Я. Шур, Е.Л. Румянцев, Е.В. Николаева, Е.И. Шишкин, И.С. Батурин Авторы благодарят T. Schneller и R. Gerhardt за [33] G. Robert, D. Damjanovic, N. Setter. Appl. Phys. Lett. 77, 4413 (2000).

предоставленные образцы тонких пленок и O. Lohse за [34] A. Bartic, D. Wouters, H. Maes, J. Rickes, R. Waser. J. Appl.

консультации по проведению измерений.

Phys. 89, 3420 (2001).

[35] V.Ya. Shur, E.L. Rumyantsev, E.V. Nikolaeva, E.I. Shishkin, I.S. Baturin, M.V. Kalinina. J. Appl. Phys. To be published.

Список литературы [1] H.M. Duiker, P.D. Beale, J.F. Scott, C.A. Paz de Araujo, B.M. Melnik, J.D. Cuchiaro, L.D. Mcmillan. J. Appl. Phys.

68, 5783 (1990).

[2] C.J. Brennan. Integrated Ferroelectrics 2, 73 (1992).

[3] J. Lee, S. Esayan, A. Safari, R. Ramesh. Appl. Phys. Lett. 65, 254 (1994).

[4] G. Arlt, U. Robels. Integrated Ferroelectrics 3, 343 (1993).

[5] E. Colla, D. Taylor, A. Tagantsev, N. Setter. Appl. Phys. Lett.

72, 2478 (1998).

[6] I. Stolichnov, A. Tagantsev, E. Colla, N. Setter. Appl. Phys.

Lett. 73, 1361 (1998).

[7] V. Shur, S. Makarov, N. Ponomarev, I. Sorkin, E. Nikolaeva, E. Shishkin, L. Suslov, N. Salashchenko, E. Kluenkov. J. Korean Phys. Soc. 32, S1714 (1998).

[8] E. Colla, S. Hong, D. Taylor, A. Tagantsev, N. Setter, K. No.

Appl. Phys. Lett. 72, 2763 (1998).

[9] W. Warren, D. Dimos, B. Tutler, R. Nashby, G. Pike. Appl.

Phys. Lett. 65, 1018 (1995).

[10] В.В. Леманов, В.К. Ярмаркин. ФТТ 38, 2482 (1996).

[11] M. Grossmann, D. Boten, O. Lohse, U. Boettger, R. Waser, S. Tiedke. Appl. Phys. Lett. 77, 1894 (2000).

[12] A.M. Bratkovsky, A.P. Levanyuk. Phys. Rev. Lett. 84, (2000).

[13] A. Kholkin, E. Colla, A. Tagantsev, D. Taylor, N. Setter. Appl.

Phys. Lett. 68, 2577 (1996).

[14] J.F. Scott, M. Dawber. Appl. Phys. Lett. 76, 3801 (2000).

[15] R. Ramesh, W.K. Chan, B. Wilkens, T. Sands, J.M. Tarascon, V.G. Keramidas, J.T. Evans. Integrated Ferroelectrics 1, (1992).

[16] А.Ю. Кудзин, Т.В. Панченко, С.П. Юдин. ФТТ 16, (1974).

[17] A. Gruverman, O. Auciello, H. Tokumoto. Appl. Phys. Lett.

69, 3191 (1996).

[18] В.М. Фридкин. Сегнетоэлектрики-полупроводники. Наука, М. (1976). 408 с.

[19] V.Ya. Shur. Ferroelectric Thin Films: Synthesis and Basic Properties. Gordon and Breach, N. Y. (1996). Vol. 10. Ch. 6.

[20] В.Я. Шур, Ю.А. Попов, Н.В. Коровина. ФТТ 26, 781 (1984).

[21] V.Ya. Shur. Phase Trans. 65, 49 (1998).

[22] В.Я. Шур, Ю.А. Попов, Г.Б. Солдатов. ФТТ 25, 265 (1983).

[23] V.Ya. Shur, E.L. Rumyantsev. Ferroelectrics 191, 319 (1997).

[24] В.А. Юрин. Изв. АН СССР. Сер. физ. 24, 1329 (1960).

[25] U. Robels, G. Arlt. J. Appl. Phys. 73, 3454 (1993).

[26] P. Lambeck, G. Jonker. J. Phys. Chem. Sol. 47, 453 (1986).

[27] I. Stolichnov, A. Tagantsev, N. Setter, J. Cross, M. Tsukad.

Appl. Phys. Lett. 74, 3552 (1999).

[28] В.Я. Шур. Автореф. докт. дис. УПИ, Свердловск, (1990).

[29] V.Ya. Shur, E.L. Rumyantsev, E.V. Nikolaeva, E.I. Shishkin, I.S. Baturin, M. Ozgul, C.A. Randall. Integrated Ferroelectrics 33, 117 (2001).

[30] V.Ya. Shur, E.L. Rumyantsev, E.V. Nikolaeva, E.I. Shishkin, I.S. Baturin. J. Appl. Phys. 90, 6312 (2001).

[31] R.C. Miller, G. Weinreich. Phys. Rev. 117, 1460 (1960).

[32] M. Hayashi. J. Phys. Soc. Jpn. 33, 616 (1972).

Физика твердого тела, 2002, том 44, 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.