Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất điện của màng mỏng sắt điện không chì bszt 319324

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VỀ KHOA HỌC VẬT LIỆU  LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất điện màng mỏng sắt điện khơng chì BSZT PHẠM THỊ NGUYỆT Khoa học Vật liệu -Vật liệu điện tử HÀ NỘI, 06/2020 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Phạm Thị Nguyệt…… .…………… Đề tài luận văn: Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất màng mỏng sắt điện khơng chì barium titanate ứng dụng lĩnh vực tích trữ lượng Chuyên ngành: Khoa học vật liệu – vật liệu điện tử…………… Mã số SV: CB180067…………………… ………………… … Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 30/06/2020 với nội dung sau: - Điều chỉnh tên luận văn: ’’Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất điện màng mỏng sắt điện khơng chì BSZT” - Chỉnh sửa lỗi tả, in ấn, Hà Nội, ngày Giáo viên hướng dẫn TS Vũ Thu Hiền tháng năm Tác giả luận văn Phạm Thị Nguyệt CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG GS TS Vũ Ngọc Hùng LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian đƣợc học tập nghiên cứu Viện Đào Tạo Quốc Tế Về Khoa Học Vật Liệu (ITIMS) – Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội mang lại cho nhiều kiến thức bổ ìch thú vị nhờ có quan tâm, giúp đỡ nhiệt tính thầy bạn Trƣớc hết tơi xin bày tỏ lịng kình trọng biết ơn sâu sắc đến TS Vũ Thu Hiền, ngƣời thầy/cơ ln tận tính hƣớng dẫn, giúp đỡ, bảo tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trính thực luận văn Những lúc gặp khó khăn cản trở cơng việc nhƣ sống, cô bên quan tâm, động viên, khìch lệ tơi kịp thời Khi có đợt thực nghiệm chƣa đƣợc kết quả, cô ngƣời đƣa lời khuyên thay đổi đƣờng hƣớng nghiên cứu kịp thời trính nghiên cứu Nhờ mà tơi thu đƣợc nhiều kết nghiên cứu luận văn Cô nhà khoa học mẫu mực, truyền cảm hứng, truyền lửa cho tơi giúp tơi vƣợt qua thử thách, khó khăn để học tập, để nghiên cứu khoa học vƣơn tới đỉnh cao trì thức Tơi xin chân thành cảm ơn Viện ITIMS, Viện Đào tạo Sau đại học Viện Vật lý kỹ thuật, trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thời gian, vật chất tinh thần giúp tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Vũ Ngọc Hùng, TS Ngô Đức Quân, NCS Nguyễn Thị Minh Phƣơng, NCS Đặng Thị Hà, anh chị bạn phịng nghiệm MEMS, Viện ITIMS, trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội động viên chia sẻ kinh nghiệm nghiên cứu khoa học có thảo luận đóng góp bổ ìch giúp tơi hồn thiện luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả Phạm Thị Nguyệt TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất điện màng mỏng sắt điện khơng chì BSZT” Tác giả luận văn: Phạm Thị Nguyệt Khóa: CH2018B Từ khóa (Keyword): xBST-(1-x)BZT ferroelectric materials, thin films, dopedBaTiO3 thin films, sol-gel technology, microstructures, electrical properties Ngƣời hƣớng dẫn: TS Vũ Thu Hiền Vật liệu áp điện/sắt điện khơng chí thân thiện với mơi trƣờng ngày đƣợc quan tâm nghiên cứu khìa cạnh nghiên cứu lẫn nghiên cứu ứng dụng nhằm thay cho vật liệu chứa chí truyền thống Tuy nhiên, nhƣợc điểm chình hệ vật liệu áp điện khơng chí là: (i) dải nhiệt độ kết tinh hẹp; (ii) tình chất sắt/áp điện thấp; (iii) có tình ăn mịn cao diện nguyên tố kim loại kiềm nhƣ Na, Ba, Ca, Sr K dễ bay hơi, đó, vật liệu chế tạo đƣợc thƣờng khó đạt hợp phần chình xác nhƣ mong muốn Trong nghiên cứu tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo khảo sát tình chất điện màng mỏng sắt điện khơng chí BSZT” Màng mỏng BSZT với tỉ lệ thành phần: Ba0.85Sr0.15Zr0.1Ti0.9O3 đƣợc lắng đọng đế điện cực Pt, LaNiO3 (LNO) SrRuO3 (SRO) kỹ thuật quay phủ sol-gel, sau đƣợc kết tinh nhiệt độ ủ 600 - 750 oC Kết nhiễu xạ tia X cho thấy màng BSZT cho kết tinh tốt, đơn pha đa tinh thể với cấu trúc pha tứ giác ủ kết tinh 650 oC/30 phút môi trƣờng khơng khì có định hƣớng tinh thể ƣu tiên theo mặt (h00) đế SRO & LNO cho định hƣớng ngẫu nhiên đế Pt Màng BSZT quay phủ lớp cho chiều dày ~ 235 nm với bề mặt nhẵn phẳng không bị nứt gãy Phổ phân tìch thành phần XPS cho thấy màng mỏng BSZT chứa nguyên tố Ba, Sr, Zr, Ti, O gần bề mặt màng Mật độ dòng rò thu đƣợc đế Pt LNO nhỏ, với giá trị J~ 1.95  10-10 A/cm2 1.83  10-10 A/cm2 tƣơng ứng, cho thấy màng kết tinh tốt Hằng số điện môi,  màng khảo sát ba điện cực cho thấy SRO >LNO > Pt, tƣơng ứng với giá trị tình tốn đƣợc từ đƣờng cong C-V điện trƣờng E = lần lƣợt là: 559; 373 215 Tuy nhiên tổn hao điện môi, tan màng điện cực SRO lại lớn ~ 0.2029 gấp 1.68 lần điện cực Pt gấp 6.85 lần điện cực LNO MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT iii DANH MỤC HÌNH VẼ v DANH MỤC BẢNG BIỂU vii MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu cấu trúc Pervoskite 1.2 Tình chất sắt điện vật liệu cấu trúc Pervoskite 1.3 Sắt điện Relaxor 1.3.1 Tình chất điện mơi sắt điện Relaxor 1.3.2 Sự tồn vùng phân cực nano thông qua số chứng thực nghiệm 10 1.4 Biên pha hính thái học chuyển pha đa hính .14 1.5 Tính hính nghiên cứu vật liệu áp điện/sắt điện khơng chí ngồi nƣớc 16 Kết luận chƣơng 1: 19 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 21 2.1 Kỹ thuật sol - gel chế tạo màng mỏng BSZT 21 2.1.1 Quy trính chế tạo tiền chất sol BSZT 23 2.1.2 Quy trính chế tạo màng mỏng BSZT 25 2.2 Quy trính quang khắc chế tạo điện cực cho màng BSZT (cấu trúc MIM) 26 2.3 Các phƣơng pháp khảo sát vi cấu trúc tình chất điện vật liệu 29 2.3.1 Phân tìch nhiệt vi sai nhiệt trọng trƣờng 29 2.3.2 Khảo sát cấu trúc tinh thể phƣơng pháp nhiễu xạ tia X 30 2.3.4 Hiển vi điện tử qt (SEM) phân tìch hính thái học màng mỏng 32 2.3.5 Phổ kế quang điện tử tia X (XPS) phân tìch thành phần mẫu 32 2.3.6 Phƣơng pháp khảo sát tình chất điện vật liệu: Điện dung dòng rò 34 Kết luận chƣơng 2: 36 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 Kết phân tìch nhiệt vi sai nhiệt vi trọng (TG - DTA) 37 PHẠM THỊ NGUYỆT i ITIMS 2018-2020 3.2 Đặc trƣng vi cấu trúc hính thái bề mặt màng mỏng BSZT 38 3.3 Thành phần trạng thái hóa học màng mỏng BSZT 43 3.4 Đặc trƣng dòng rò màng sắt điện BSZT 47 3.5 Đặc trƣng điện môi màng BSZT 50 3.5.1 Ảnh hƣởng điện trƣờng đến độ thẩm điện môi màng 50 3.5.2 Ảnh hƣởng điện trƣờng đến tổn hao điện môi màng BSZT 54 3.5.3 Ảnh hƣởng tần số đến độ thẩm điện môi tổn hao điện môi màng 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 66 PHẠM THỊ NGUYỆT ii ITIMS 2018-2020 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT Thuật ngữ Tiếng STT Ký hiệu Thuật ngữ Tiếng Anh FE Ferroelectric Sắt điện FE-SEM Field Emission Scanning Hiển vi điện tử quét Electron Microscope phát xạ trƣờng MEMS BTO BaTiO3 BCT Ba1-xCaxTiO3 Vật liệu Ba1-xCaxTiO3 BZT Material BaZrxTi1-xO3 Vật liệu BaZrxTi1-xO3 BBT Material Ba0.7Bi0.2TiO3 Vật liệu Ba0.7Bi0.2TiO3 BSZT Material Ba0.85Sr0.15Zr0.1Ti0.9O3 KBT Material K0.5Bi0.5TiO3 10 KNN Material K0.5Na0.5NbO3 11 LBT Material Li0.5Bi0.5TiO3 Vật liệu Li0.5Bi0.5TiO3 12 PZT Material Pb(ZrTi)O3 Vật liệu Pb(ZrTi)O3 13 PPT Polymorphic Phase Transition Chuyển pha đa hính 14 PNR(s) Polar nanoregion(s) 15 SEM Scanning Electron Microscope Hiển vi điện tử quét 16 XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X PHẠM THỊ NGUYỆT MicroElectroMechanical Systems Việt Hệ vi điện tử Vật liệu Barium titanate iii Vật liệu Ba0.85Sr0.15Zr0.1Ti0.9O3 Vật liệu K0.5Bi0.5TiO3 Vật liệu K0.5Na0.5NbO3 Các vùng phân cực vi mô ITIMS 2018-2020 17 TC The Curie temperature Nhiệt độ Curie 18 P The polarization Độ phân cực 19 Pr The remanent polarization Độ phân cực dƣ 20 Ps The saturated polarization Độ phân cực bão hòa 21  The dielectric contant Hằng số điện môi 22 tan Loss tangent Tổn hao điện môi 23 C-V Capacitance- Voltage 24 BFO Material BiFeO3 Đặc trƣng điện dung – điện áp Vật liệu BiFeO3 Phân tìch nhiệt vi sai/ DSC/DTA 25 Differential scanning calorimetry/ Differential nhiệt vi sai trọng trƣờng thermal analysis PHẠM THỊ NGUYỆT iv ITIMS 2018-2020 Mật độ điện dung, C (C/cm2) Điện áp (V) Hình 3.12: Ảnh hưởng điện áp đến mật độ điện dung màng BSZT đế Pt, LNO SRO vùng điện áp thấp cao Tại điện áp lớn hơn, hầu hết đơmen xoay/dịch chuyển đƣợc đƣợc xếp thẳng hàng theo hƣớng điện trƣờng chiều dc Lúc này, độ thẩm điện mơi nhỏ đƣợc xác định b iến đổi lƣỡng cực điện (tình chất nội vật liệu, intrinsic properties) Sự dịch chuyển vị trì đỉnh đƣờng cong C-V (Hính 3.11-3.12) hay -E (Hính 3.13) thể bất đối xứng, nét đặc trƣng vật liệu trính quét điện áp từ vùng điện âm sang vùng điện dƣơng ngƣợc lại Điều có nghĩa tồn điện trƣờng nội dần “tìch lũy” cấu trúc tụ BSZT phân bố bất đối xứng điện tìch khơng gian bề mặt tiếp giáp hai điện cực Nhƣ biết, yếu tố phi nội gồm vi cấu trúc, kìch thƣớc hạt tinh thể [55,56], độ kết tinh màng, định hƣớng tinh thể ƣu tiên …v.v đƣợc cho ảnh hƣởng đáng kể đến tình chất điện mơi màng sắt điện[15,35,57] PHẠM THỊ NGUYỆT 52 ITIMS 2018-2020 Chúng cho rằng, trƣờng hợp màng mỏng BSZT nghiên cứu này, ảnh hƣởng đế điện cực nhƣ tăng độ kết tinh, tăng kìch thƣớc hạt kết hợp với giảm sai hỏng màng dẫn tới tăng/ giảm tình chất điện mơi màng Mật độ điện dung tụ BSZT đế điện cực khác theo quan sát là: SRO> LNO> Pt Không vậy, xét giá trị, mật độ điện dung tụ BSZT điện cực oxit dẫn cao đáng kể so với điện cực kim loại Pt (tƣơng ứng gấp ~3 Hằng số điện môi,  ~2 lần) Kết phù hợp với kết nghiên cứu vi cấu trúc (XRD Hằng số điện môi,  Điện trƣờng, E (kV/cm) Điện trƣờng, E (kV/cm) Hình 3.13: Hằng số điện mơi phụ thuộc điện trường (-E) màng BSZT điện cực khác SEM) (độ kết tinh màng: LNO~SRO>Pt; kìch thƣớc tinh thể: LNO>Pt~SRO) Tuy nhiên, màng BSZT điện cực Pt chịu đƣợc phân cực lớn (Hính 3.12 điện áp 30V), đồng nghĩa với màng chịu đƣợc điện trƣờng đánh thủng lớn Tùy thuộc vào mục đìch ứng dụng, dụ lĩnh vực tụ vi sóng cao tần thí tụ với giá trị số điện môi thấp & tổn hao điện môi nhỏ lại thƣờng đƣợc lựa chọn nhiều [59] PHẠM THỊ NGUYỆT 53 ITIMS 2018-2020 Mật độ điện dung, số điện môi , tổn hao điện mơi tan đƣợc tình tốn sở phƣơng trính 2.8 2.9 (Chƣơng 2) cho màng BSZT đế điện cực khác đƣợc tổng hợp Bảng 3.3 Bảng 3.3: Bảng tổng hợp tình chất điện mơi màng BSZT điện cực khác Mật độ điện Hằng số điện tan dung (F/cm2) môi,  (0V) (0V) BSZT/Pt 0.4999 215 0.1248 BSZT/LNO 0.8693 373 0.0298 BSZT/SRO 1.2853 559 0.2029 Hằng số điện môi màng BSZT/SRO thu đƣợc lớn 559 > BSZT/LNO ~ 373 > BSZT/Pt ~ 215 Tuy nhiên, tổn hao điện môi tụ lớn ~ 1.68 lần so với BSZT/Pt 6.81 lần so với BSZT/LNO 3.5.2 Ảnh hƣởng điện trƣờng đến tổn hao điện mơi màng BSZT Hình 3.14: Tổn hao điện môi phụ thuộc vào điện điện trường (tan -E) màng BSZT điện cực khác PHẠM THỊ NGUYỆT 54 ITIMS 2018-2020 Sự phụ thuộc tổn hao điện môi vào điện trƣờng (tan – E) màng mỏng BSZT ủ nhiệt độ 650oC/30 phút đế điện cực Pt, LNO, SRO chế tạo phƣơng pháp sol-gel đƣợc trính bày Hính 3.14 Tổn hao điện môi mẫu màng đƣợc đo tần số 10 kHz, với tìn hiệu xoay chiều ac ~50 mV quét đồng thời với dải điện áp chiều DC Tất phép đo đƣợc thực nhiệt độ phòng Đồ thị minh họa Hính 3.14 cho thấy, tùy thuộc vào loại điện cực sử dụng, hính dạng đƣờng cong tan – E biểu tƣơng đối khác Hính ảnh phóng to đƣờng cong tan – E vùng điện trƣờng thấp đƣợc minh họa Hính 3.15 cho đánh giá rõ nét Tổn hao điện môi màng BSZT điện cực Pt LNO ìt nhiều có dạng giống gần giống với chữ W, điện cực SRO cho dạng giống đƣờng cong parabol Kết cho thấy màng thể phân tán điện môi đáng kể vùng điện trƣờng khảo sát với cực đại/cực tiểu tổn hao điện môi quan sát đƣợc rõ nét Hình 3.15: Hình ảnh phóng to tổn hao điện môi màng BSZT vùng điện trường thấp Ở vùng điện trƣờng thấp (E ≤  250 kV/cm) tan ba điện cực thu đƣợc nhỏ Trên điện cực Pt LNO, đƣờng cong tan – E gần nhƣ đƣờng thẳng (đƣờng màu đen, Hính 3.14 3.15) Trên điện cực SRO, tổn hao nhỏ ln xảy khơng có điện trƣờng (E = 0), tăng phi tuyến PHẠM THỊ NGUYỆT 55 ITIMS 2018-2020 theo hàm số mũ có điện trƣờng ngồi (Hính 3.14c) Tuy nhiên, điện trƣờng E  450 kV/cm, tổn hao đạt trạng thái bão hòa giá trị tổn hao hai nhánh điện trƣờng không tƣơng đƣơng Hiện tƣợng đƣợc quan sát thấy mẫu màng BSZT phủ điện cực Pt LNO Nhƣ vậy, điều lần cho thấy ảnh hƣởng lớp tiếp xúc “interface layers” điện cực tới tình chất điện môi màng 3.5.3 Ảnh hƣởng tần số đến độ thẩm điện môi tổn hao điện môi màng Vật liệu sắt điện sở hữu tình chất điện mơi phi tuyến phân cực thuận nghịch dƣới tác dụng điện trƣờng Khi đó, tình chất điện mơi chúng phụ thuộc điện áp ngồi độ lớn tìn hiệu xoay chiều ac, tần số đƣợc sử dụng phép đo Hính 3.16 minh họa phụ thuộc số điện môi , tổn hao điện môi tan màng mỏng BSZT vào tần số đo từ kHz đến MHz, tìn hiệu ac~ 100 mV ba đế điện cực Pt, LNO SRO Hình 3.16: Sự phụ thuộc độ thẩm điện môi tổn hao điện môi tụ BSZT vào tần số Kết cho thấy số điện môi tổn hao điện môi màng mỏng BSZT đế điện cực Pt, LNO, SRO phụ thuộc mạnh vào dải tần số đƣợc khảo sát PHẠM THỊ NGUYỆT 56 ITIMS 2018-2020 Do tăng độ dẫn điện dải tần số thấp, số điện môi tổn hao điện mơi có xu hƣớng tăng cách nhanh chóng tần số tần số giảm xuống dƣới kHz Sau đó, nhƣ quan sát thấy Hính 3.16 đóng góp phi tuyến (phụ thuộc vào điện trƣờng) số điện môi tổn hao điện môi giảm tần số tăng từ kHz đến MHz màng điện cực Pt từ kHz đến MHz điện cực LNO SRO Khi tần số tăng từ MHz đến MHz vai trị đóng góp biến đổi phi tuyến thể đáng kể, phức tạp màng BSZT điện cực SRO (hằng số điện môi, tổn hao điện mơi tăng sau lại giảm tạo thành đỉnh phổ) Theo tác giả Lee cộng sự, tƣợng tán sắc điện môi dải tần số khảo sát biểu “relaxor” với xuất cực đại/cực tiểu đƣờng cong tan tan [60] Relaxor điện môi vật liệu sắt điện cấu trúc pervoskite đƣợc biết thay đổi phân cực dƣới biến đổi điện trƣờng theo thời gian Relaxor điện môi phụ thuộc vào tần số theo chế khác chịu trách nhiệm cho phân cực có hiệu lực tần số khác Trong vật liệu điện mơi, tồn bốn chế phân cực khác gồm: phân cực điện tử, phân cực ion, lƣỡng cực, điện tìch khơng gian phân cực bề mặt (interfacial polarization) Relaxor điện tử ion liên quan đến dao động nhanh lƣỡng cực (dipole) đo đƣợc tần số cao f > 1010 Hz Nếu vật liệu sở hữu lƣỡng cực đƣợc định hƣớng theo hƣớng ƣu tiên, relaxation lƣỡng cực xuất tần số âm từ 10 Hz đến 10 MHz Trên thực tế tình chất điện mơi bị ảnh hƣởng mạnh diện độ ẩm, biên hạt, kìch thƣớc hạt, định hƣớng tinh thể, hạt tải mang điện tìch khơng gian Do đó, relaxor điện mơi xảy tần số thấp liên quan đến hạt tải mang điện tìch khơng gian ion, chẳng hạn nhƣ nút khuyết oxi sai hỏng tạo trính tạo màng, phân cực bề mặt phân biên biên hạt phân biên màng điện cực, phân cực điện cực Vai trò nút khuyết oxi ( ) sai hỏng liên quan thƣờng “thủ phạm” đƣợc đề xuất q trính gây “suy thối” tình chất vật liệu oxide cấu trúc pervoskite rõ ràng phần tử tìch điện khìa cạnh số mạng (vốn trung hịa điện tìch) đƣợc cho sai hỏng ion nội linh động vật liệu Dựa nghiên cứu có hệ thống tinh thể SrTiO3 Waser cộng sự, PHẠM THỊ NGUYỆT 57 ITIMS 2018-2020 họ thƣờng cho nút khuyết oxi đóng vai trị chình suy giảm điện trở tình chất điện môi màng mỏng đa tinh thể (Ba, Sr)TiO3 [61] Ngoài ra, Waren báo cáo liên quan đến lƣỡng cực sai hỏng vật liệu pervoskite đƣợc xếp dọc theo hƣớng điện trƣờng [62] Nhƣ Hính 3.16, tán sắc tình chất điện môi tƣợng relaxor điện môi tùy thuộc dải tần số đƣợc cho quay liên quan đến: lƣỡng cực bị sai hỏng hạt tinh thể, phân cực mặt phân biên hạt, phân cực điện cực với chuyển động hạt tải mang điện tìch PHẠM THỊ NGUYỆT 58 ITIMS 2018-2020 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau trính thực hiên đề tài luận văn Viện Đào tạo Quốc tế khoa học vật liệu (ITIMS), trƣờng đại học Bách khoa Hà nội, sở phân tìch kết đạt đƣợc trính bày trên, số kết luận chình đƣợc rút nhƣ sau:  Màng mỏng sắt điện Ba0.85Sr0.15Zr0.1Ti0.9O3 (BSZT) đƣợc chế tạo thành công phƣơng pháp quay phủ sol-gel hai loại đế điện cực khác kim loại Pt oxit dẫn điện LaNiO3 (LNO), SrRuO3 (SRO)  Tất mẫu màng cho kết tinh tốt nhiệt độ ủ 650 oC/30 phút mơi trƣờng khơng khì Màng BSZT đặc, bề mặt nhẵn phẳng không bị nứt gãy với cấu trúc pervoskite đa tinh thể pha tứ giác, thuộc nhóm khơng gian Pmm4 Màng BSZT phủ điện cực SRO LNO cho kết tinh tốt, kìch thƣớc tinh thể tăng cho định hƣớng tinh thể ƣu tiên (h00)  Ảnh hƣởng điện cực đến tình chất điện màng BSZT đƣợc khảo sát Màng BSZT điện cực LNO, Pt cho dòng rò nhỏ ~ 10-10 A/cm2 vùng điện trƣờng E < 100 kV/cm Hằng số điện môi màng BSZT điện cực SRO lớn ~ 559, gấp 1.5 lần điện cực LNO 2.6 lần điện cực Pt Tuy nhiên, tổn hao điện môi tƣơng ứng thu đƣợc lại lớn ~ 0.2029 gấp 1.68 lần điện cực Pt gấp 6.85 lần điện cực LNO Dự kiến hƣớng nghiên cứu tiếp theo: - Khảo sát đo đạc đặc trƣng điện trễ (polarization hysteresis) nhằm đánh giá khả tìch trữ lƣợng vật liệu BSZT - Khảo sát ảnh hƣởng tỉ lệ thành phần (Ba:Sr) (Zr: Ti) đến thay đổi vi cấu trúc tình chất điện màng BSZT, nhằm tím đƣợc tỉ lệ thành phần tối ƣu cho tăng cƣờng tình chất vật liệu PHẠM THỊ NGUYỆT 59 ITIMS 2018-2020 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] I.Y (Steve) Shen, G.Z Cao, C.-C Wu, C.-C Lee, PZT Thin-Film Mesoand Micro Devices, Ferroelectrics 342 (2006) 15–34 [2] H Kueppers, PZT thin films for piezoelectric microactuator applications, Sensors Actuators A Phys 97–98 (2002) 680–684 [3] E Aksel, J.L Jones, Advances in lead-free piezoelectric materials for sensors and actuators., Sensors (Basel) 10 (2010) 1935–54 [4] I Coondoo, N Panwar, A Kholkin, Lead-free piezoelectrics: Current status and perspectives, J Adv Dielectr 03 (2013) 1330002 [5] S.-G Kim, S Priya, I Kanno, Piezoelectric MEMS for energy harvesting, MRS Bull 37 (2012) 1039–1050 [6] P Kumari, R Rai, S Sharma, M Shandilya, A Tiwari, State-of-the-art of Lead Free Ferroelectrics: A Critical Review, Adv Mater Lett (2015) 453–484 [7] V.S Puli, D.K Pradhan, D.B Chrisey, M Tomozawa, G.L Sharma, J.F Scott, R.S Katiyar, Structure, dielectric, ferroelectric, and energy density properties of (1 - x)BZT–xBCT ceramic capacitors for energy storage applications, J Mater Sci 48 (2013) 2151–2157 [8] A Kaushal, S.M Olhero, B Singh, R Zamiri, V Saravanan, Successful aqueous processing of a lead free 0.5Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3 piezoelectric material composition, RSC Adv (2014) 26993–27002 [9] W Liu, X Ren, Large piezoelectric effect in Pb-free ceramics, Phys Rev Lett 103 (2009) [10] R Guo, R Roy, The Perovskite Structure – A Review of Its Role in Ceramic Science and Technology, Mat Res Innov (2000) 3–26 [11] H Zhang, N Li, K Li, D Xue, Structural stability and formability of ABO 3type perovskite compounds, Acta Crystallogr Sect B Struct Sci 63 (2007) 812–818 [12] C.C License, O Citation, UvA-DARE (Digital Academic Repository) Monocrystalline halide perovskite nanostructures Khoram, P., (2018) PHẠM THỊ NGUYỆT 60 ITIMS 2018-2020 [13] E Abdul, R Assirey, Perovskite synthesis, properties and their related biochemical and industrial application, Saudi Pharm J 27 (2019) 817–829 [14] R Zeks, B Blinc, Soft Modes in Ferroelectrics and Antiferroelectrics, Amsterdam, North Holland, 1976 [15] T.A Jain, K.Z Fung, J Chan, Effect of the A/B ratio on the microstructures and electrical properties of (Ba0.95Ca0.05)(Ti0.82Zr0.18)O3 for multilayer ceramic capacitors with nickel electrodes, J Alloys Compd 468 (2009) 370– 374 [16] F.A.N Huiqing, K.E Shanming, Relaxor behavior and electrical properties of high dielectric constant materials, Sci China Ser E-Tech Sci 52 (2009) 2180–2185 [17] S Vakhrushev, S.K Sinhats, Y.P Fengt, T Egamifj, A Nabereznov, Synchrotron magnoniobate x-ray scattering study of lead relaxor ferroelectric crystals, J Phys Chem Solids 57 (1996) 1517–1523 [18] G Xu, G Shirane, Neutron elastic diffuse scattering study of Pb(Mg1/3Nb2/3)O3, Phys Rev B 69 (2004) 064112 [19] N Takesue, Y Fujii, H You, X-ray diffuse scattering study on ionic-pair displacement correlations in relaxor lead magnesium niobate, Phys Rev B 64 (2001) 194112 [20] A Pramanick, W Dmowski, T Egami, A.S Budisuharto, F Weyland, N Novak, A.D Christianson, J.M Borreguero, D.L Abernathy, M.R V Jørgensen, Stabilization of Polar Nanoregions in Pb-free Ferroelectrics, Phys Rev Lett 120 (2018) 207603 [21] D Viehland, S.J Jang, L.E Cross, M Wuttig, D Viehland, S.J Jang, L.E Cross, M Wuttig, Freezing of the polarization fluctuations in lead magnesium niobate relaxors, J Appl Phys 69 (1990) 2916 [22] S Zhang, R Xia, T.R Shrout, Lead-free piezoelectric ceramics vs PZT?, J Electroceram 19 (2007) 251–257 [23] H Search, C Journals, A Contact, M Iopscience, ( Bi1/2Na1/2)TiO3-BaTiO3 System for Lead-Free Piezoelectric Ceramics, Jpn J Appl Phys 30 (1991) PHẠM THỊ NGUYỆT 61 ITIMS 2018-2020 2236 [24] J Gao, D Xue, Y Wang, D Wang, L Zhang, H Wu, S Guo, H Bao, C Zhou, W Liu, S Hou, G Xiao, X Ren, Microstructure basis for strong piezoelectricity in Pb-free Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3 ceramics, Appl Phys Lett 99 (2011) 092901 [25] J Rödel, J Li, G Editors, Lead-free piezoceramics: Status and perspectives, MRS Bull 43 (2018) 576–580 [26] Y Saito, H Takao, T Tani, T Nonoyama, K Takatori, T Homma, T Nagaya, M Nakamura, Lead-free piezoceramics, Nature 432 (2004) 1–4 [27] Z.M Wang, Z.L Cai, K Zhao, J.C Guo, W Sun, Z.X Cheng, H Kimura, B.W Li, G.L Yuan, J Yin, Z.G Liu, In-situ observation of nanomechanical behavior arising from critical-temperature-induced phase transformation, Appl Phys Lett 103 (2013) 071902 [28] D.A Tuan, V.T Tung, T Van Chuong, L Van Hong, Properties of lead-free BZT–BCT ceramics synthesized using nanostructured ZnO as a sintering aid, INT J MOD PHYS B 29 (2015) 1550231 [29] D.A Tuan, N.T Tinh, V.T Tung, T Van Chuong, Ferroelectric and Piezoelectric Properties of Lead-Free BCT- x BZT Solid Solutions, Mater Trans 56 (2015) 1370–1373 [30] N V Dang, T.-L Phan, T.D Thanh, V.D Lam, L V Hong, Structural phase separation and optical and magnetic properties of BaTi1−xMnxO3 multiferroics, J Appl Phys 111 (2012) 113913 [31] N Van Minh, L.M Oanh, P Van Doan, P Van Hai, L.H Hoang, Investigation of structural, optical and magnetic properties in PbTi1−xFexO3 ceramics, Ceram Int 37 (2011) 3785–3788 [32] N.D Quan, N.V Quyet, L.H Bac, D.V Thiet, V.N Hung, D.D Dung, Structural, ferroelectric, optical properties of A-site-modified Bi0.5(Na0.78K0.22)0.5Ti0.97Zr0.03O3 lead-free piezoceramics, J Phys Chem Solids 77 (2015) 62–67 [33] N.D Quan, V.N Hung, N Van Quyet, H.V Chung, D.D Dung, Band gap PHẠM THỊ NGUYỆT 62 ITIMS 2018-2020 modification and ferroelectric properties of Bi0.5(Na,K)0.5TiO3-based by Li substitution, AIP Adv (2014) 017122 [34] B Thang, T Choi, A Romanenko, J Lee, Hopping and trap controlled conduction in Cr-doped SrTiO3 thin films, Solid State Electron 75 (2012) 43– 47 [35]A Yuuki, M Yamamuka, T Makita, T Horikawa, T Shibano, N Hirano, H Maeda, N Mikami, K Ono, H Ogata, H Abe, Novel stacked capacitor technology for Gbit DRAMs with CVD-(Ba,Sr)TiO3 thin films on a thick storage node of Ru, in: Tech Dig - Int Electron Devices Meet., 1995 https://doi.org/10.1109/iedm.1995.497195 [36] L.B Mccusker, R.B Von Dreele, D.E Cox, D Louër, P Scardi, Rietveld refinement guidelines, J Appl Crystallogr 32 (1999) 36–50 [37] C.J Xiao, C.Q Jin, X.H Wang, Crystal structure of dense nanocrystalline BaTiO3 ceramics, Mater Chem Phys 111 (2008) 209–212 [38] M.B Smith, K Page, T Siegrist, P.L Redmond, E.C Walter, R Seshadri, L.E Brus, M.L Steigerwald, Crystal structure and the paraelectric-toferroelectric phase transition of nanoscale BaTiO3, J Am Chem Soc 130 (2008) 6955–6963 [39] A.K Yadav, C.R Gautam, A Mishra, Mechanical and dielectric behaviors of perovskite (Ba,Sr)TiO3 borosilicate glass ceramics, J Adv Ceram (2014) 137–146 [40] P Taylor, G.B Harris, Philosophical Magazine Series X Quantitative measurement of preferred orientation in rolled uranium bars, Communication (2009) 37–41 [41] C.J Powell, M.P Seah, Precision, accuracy, and uncertainty in quantitative surface analyses by Auger‐ electron spectroscopy and x‐ ray photoelectron spectroscopy, J Vac Sci Technol A Vacuum, Surfaces, Film (1990) 735– 763 [42] J Jin, L Song Li, Y Li, X Chen, L Jiang, Y.Y Zhao, T.J Li, Preparation of titanium dioxide and barium titanate nanothick film by Langmuir-Blodgett PHẠM THỊ NGUYỆT 63 ITIMS 2018-2020 technique, Thin Solid Films 379 (2000) 218–223 [43] M.E Pilleux, V.M Fuenzalida, Hydrothermal BaTiO3 films on silicon: Morphological and chemical characterization, J Appl Phys 74 (1993) 4664–4672 [44] C Borderon, D Averty, R Seveno, H.W Gundel, Preparation and characterization of barium strontium titanate thin films by chemical solution deposition, Ferroelectrics 362 (2008) 1–7 [45] L.L Jiang, X.G Tang, S.J Kuang, H.F Xiong, Surface chemical states of barium zirconate titanate thin films prepared by chemical solution deposition, Appl Surf Sci 255 (2009) 8913–8916 [46] F El Kamel, P Gonon, F Jomni, B Yangui, Dielectric properties of amorphous BaTiO3 films deposited by RF magnetron sputtering, J Eur Ceram Soc 27 (2007) 3807–3809 [47] J Zhai, X Yao, H Chen, Structural and dielectric properties of Ba0.85Sr 0.15(Zr0.18Ti0.85)O3 thin films grown by a sol-gel process, Ceram Int 30 (2004) 1237–1240 [48] J Zhou, H Liu, H Hao, M Cao, Z Yao, J Xie, C Diao, The microstructure and energy storage properties of Ba0.3Sr0.7TiO3 crystallite thin films, J Alloys Compd 792 (2019) 1013–1020 [49] Y Ye, T Guo, Dielectric properties of Fe-doped Ba0.65Sr0.35TiO3 thin films fabricated by the sol-gel method, Ceram Int 35 (2009) 2761–2765 [50] Y Fukuda, K Numata, K Aoki, A Nishimura, G Fujihashi, S Okamura, S Ando, T Tsukamoto, Effects of postannealing in oxygen ambient on leakage properties of (Ba, Sr)TiO3 thin-film capacitors, Japanese J Appl Physics, Part Lett 37 (1998) [51] J Zhou, H Liu, H Hao, M Cao, Z Yao, J Xie, C Diao, The microstructure and energy storage properties of Ba0.3Sr0.7TiO3 crystallite thin films, J Alloys Compd (2019) [52] C Basceri, S.K Streiffer, A.I Kingon, R Waser, The dielectric response as a function of temperature and film thickness of fiber-textured (Ba,Sr)TiO3 thin PHẠM THỊ NGUYỆT 64 ITIMS 2018-2020 films grown by chemical vapor deposition, J Appl Phys 82 (1997) 2497–2504 [53] H Yang, H Wang, G.F Zou, M Jain, N.A Suvorova, D.M Feldmann, P.C Dowden, R.F DePaula, J.L MacManus-Driscoll, A.J Taylor, Q.X Jia, Leakage mechanisms of self-assembled (BiFeO3)0.5:(Sm2O3)0.5 nanocomposite films, Appl Phys Lett (2008) [54] Y Masuda, Variation of dielectric constant affected by domain structure and electric-field-induced strain in ferroelectric ceramics, Jpn J Appl Phys 33 (1994) 5549–5554 [55] C Yang, K Chen, Y Chen, T Chang, Fabrication of One-TransistorCapacitor Structure of Nonvolatile TFT Ferroelectric, 54 (2007) 1726–1730 [56]H.Z Jin, J Zhu, Size effect and fatigue mechanism in ferroelectric thin films, J Appl Phys 92 (2002) 4594–4598 [57] S.C Sun, M.S Tsai, Effect of bottom electrode materials on the electrical and reliability characteristics of (Ba,Sr)TiO3 capacitors, Tech Dig - Int Electron Devices Meet IEDM 46 (1997) 253–256 [58] C.W Hargens, Microwave antenna theory and design, J Franklin Inst (1949) [59] S.J Lee, K.Y Kang, S.K Han, Low-frequency dielectric relaxation of BaTiO3 thin-film capacitors, Appl Phys Lett 75 (1999) 1784–1786 [60] R Waser, T Baiatu, K ‐ H Härdtl, dc Electrical Degradation of Perovskite‐ Type Titanates: I, Ceramics, J Am Ceram Soc 73 (1990) 1645–1653 [61] W.L Warren, K Vanheusden, D Dimos, G.E Pike, B.A Tuttle, Oxygen vacancy motion in perovskite oxides, J Am Ceram Soc 79 (1996) 536–538 PHẠM THỊ NGUYỆT 65 ITIMS 2018-2020 PHỤ LỤC Các cơng trình khoa học công bố luận văn [1] Pham Thi Nguyet, Nguyen Thi Minh Phuong, Vu Thu Hien, Vu Ngoc Hung, Preparation and microstructure of acetate-based lead-free BSZT ferroelectric thin films using sol-gel technique VNU Journal of Science: Mathematics – Physics, Vol 35, No (2019) 55-61 [2] Vu Thu Hien, Pham Thi Nguyet, Dang Van Hieu, Nguyen Thi Quynh Chi, Study and fabrication lead- free ferroelectric thin films based barium titanate oxides International Conference on Advanced Materials and Nanotechnology, The 4th 2019 PHẠM THỊ NGUYỆT 66 ITIMS 2018-2020 ... liệu chế tạo đƣợc thƣờng khó đạt hợp phần chình xác nhƣ mong muốn Trong nghiên cứu tác giả lựa chọn đề tài ? ?Nghiên cứu chế tạo khảo sát tình chất điện màng mỏng sắt điện khơng chí BSZT? ?? Màng mỏng. .. dạng màng mỏng đế điện cực sử dụng công nghệ vi chế tạo nhƣ quang khắc ăn mịn Từ phân tìch trên, chúng tơi chọn đề tài ? ?Nghiên cứu chế tạo khảo sát tính chất điện màng mỏng sắt điện khơng chì BSZT? ??... gel chế tạo màng mỏng BSZT 21 2.1.1 Quy trính chế tạo tiền chất sol BSZT 23 2.1.2 Quy trính chế tạo màng mỏng BSZT 25 2.2 Quy trính quang khắc chế tạo điện cực cho màng BSZT (cấu