1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Nghiên ứu hế tạo và khảo sát tính hất điện ủa màng mỏng sắt điện không hì bszt

80 3 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Nghiên Cứu Chế Tạo Và Khảo Sát Tính Chất Điện Của Màng Mỏng Sắt Điện Không Chì BSZT
Tác giả Phạm Thị Nguyệt
Người hướng dẫn TS. Vũ Thu Hiền
Trường học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành Khoa học vật liệu - Vật liệu điện tử
Thể loại luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản 2020
Thành phố Hà Nội
Định dạng
Số trang 80
Dung lượng 7,24 MB

Nội dung

60 Trang 9 DANH MỤ CÁC KÝ HIỆC U, CH CÁI VIẾT TẮT ỮSTT Ký hiệu Thuật ng ếng Anh ữ Ti Thuật ng ếng ữTiViệt 1 FE Ferroelectric Sắt điện 2 FE SEM- Field Emission Scanning Electron Micros

Trang 1

HÀ N I, 06/2020 Ộ

Trang 2

C NG HÒA XÃ H I CH Ộ Ộ Ủ NGHĨA VIỆT NAM

Độ ậ – ự c l p T do H nh phúc – ạ

H và tên tác gi ọ ả luận văn : Phạm Th Nguy t ị ệ …… ……….

Đề tài luận văn: Nghiên c u ch t o và kh o sát tính ch t màng m ng sứ ế ạ ả ấ ỏ ắt điện không chì n n barium titanate ng dề ứ ụng trong lĩnh vực tích tr ữ năng lượng

Chuyên ngành: Khoa h c v t li u vọ ậ ệ – ậ ệ điệ ửt li u n t ………

Mã s SV: ố CB180067……… ……… …

Tác giả, Người hướng d n khoa h c và Hẫ ọ ội đồng ch m luấ ận văn xác nhận tác gi ả đã

s a ch a, b sung luử ữ ổ ận văn theo biên bản h p Họ ội đồng ngày 30/06/2020 với các n i dung ộsau:

- Điều ch nh tên luỉ ận văn: ’’Nghiên c u ch t o và kh o sát tính chứ ế ạ ả ất điện của màng m ng sỏ ắt điện không chì BSZT ”

- Chỉnh s a l i chính t , in n, ử ỗ ả ấ

Hà Nội, ngày tháng năm

Giáo viên hướng dẫ n Tác gi luận văn ả

TS Vũ Thu Hiền Ph m Th Nguy t ạ ị ệ

CH Ủ Ị T CH H ỘI ĐỒ NG

GS TS Vũ Ngọc Hùng

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Trong su t thố ời gian được h c tọ ập và nghiên cứ ạu t i Viện Đào Tạo Qu c T ố ế

V Khoa H c V t Li u (ITIMS) ề ọ ậ ệ – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã mang

lại cho tôi rất nhi u ki n th c b ề ế ứ ổ ìch và thú vị nh ờ có sự quan tâm, giúp đỡ nhiệt tính của các thầ cô và các bạy n

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng kình trọng và biết ơn sâu sắc đến TS Vũ Thu Hiền, người th yầ /cô đã luôn tận tính hướng dẫn, giúp đỡ, ch bỉ ảo và tạo mọi điều

ki n thu n lệ ậ ợi cho tôi trong quá trính thực hi n luệ ận văn Những lúc gặp khó khăn cản tr ở trong công việc cũng như trong cuộc sống, cô luôn ở bên quan tâm, động viên, khìch lệ tôi kịp th i ờ Khi có đợt th c nghiự ệm chưa ra được k t quế ả, cô luôn là người đưa ra những lời khuyên và ự thay đổi đườs ng hướng nghiên cứu

k p th i ị ờ trong quá trính nghiên cứu Nh ờ đó mà tôi đã thu được nhi u k qu ề ết ảnghiên cứu trong luận văn này Cô là nhà khoa học m u m c, ẫ ự đã truyền c m ả

h ng, truyứ ền ửa cho tôi giúp tôi vượl t qua m i th ọ ử thách, khó khăn để ọ ập, để h c tnghiên cứu khoa học và vươn tớ ỉi đ nh cao của trì t ứh c

Tôi xin chân thành cảm ơn Viện ITIMS, Viện Đào tạo Sau đạ ọc và Việi h n Vật lý kỹ thuật, trường ĐH Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều ki n v ệ ề thời gian, v t ậchất và tinh thần giúp tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Vũ Ngọc Hùng, TS Ngô Đức Quân, NCS Nguy n Th ễ ị Minh Phương, NCS Đặng Th ị Hà, cùng các anh chị và các

bạn trong phòng thì nghiệm MEMS, Viện ITIMS, trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

đã động viên chia ẻ s kinh nghiệm nghiên cứu khoa học và có những th o lu n ả ậđóng góp bổ ìch giúp tôi hoàn thiện luận văn

Hà Nội, ngày tháng năm 2020

Tác giả

Phạm Th Nguy t ị ệ

Trang 5

V t liậ ệu áp điện/sắt điện không chí thân thiện với môi trường đang ngày càng được quan tâm nghiên c u c v ứ ả ề khìa cạnh nghiên cứu cơ bả ẫn nghiên cứ ứn l u ng

d ng nh m thay th cho v t li u chụ ằ ế ậ ệ ứa chí truyền thống Tuy nhiên, nhược điểm chình của nh ng h v t liữ ệ ậ ệu áp điện không chí là: (i) dải nhiệt độ ế k t tinh h p; (ii) ẹtình chấ ắt s t/áp điện thấp; (iii) có tình ăn mòn cao do sự ệ hi n di n cệ ủa các nguyên

t kim lo i kiố ạ ềm như Na, Ba, Ca, Sr và K dễ bay hơi, do đó, vậ ệt li u ch tế ạo được thường khó đạt h p phợ ần chình xác như mong muốn Trong nghiên cứu này tác

gi l a chả ự ọn đề tài “Nghiên cứ chế ạo và khảo sát tình chất điệu t n của màng

SRO & LNO trong khi cho định hướng ngẫu nhiên trên đế Pt Màng BSZT quay

ph 8 l p cho chiủ ớ ều dày ~ 235 nm vớ ề ặi b m t nh n phẵ ẳng không bị ứt gãy Phổ nphân tìch thành phần XPS cho thấy màng mỏng BSZT chứa các nguyên tố Ba, Sr,

Zr, Ti, O g n b mầ ề ặt màng Mật độ dòng rò thu được trên đế Pt và LNO là khá

nh , vỏ ới các giá trị J~ 1.95 10 -10 A/cm2 và 1.83  10-10 A/cm2tương ứng, cho thấy màng kết tinh t t H ng s ố ằ ố điện môi,  của màng khảo sát trên ba điện c c ựcho thấy SRO >LNO >Pt, tương ứng với các giá trị tình toán đượ ừ đườc t ng cong C-V tại điện trường E = 0 lần lượt là: 559; 373 và 215 Tuy nhiên tổn hao điện môi, tan của màng trên điện c c SRO lự ại khá lớn 0.2029 g~ ấp 1.68 lần trên điện cực Pt và gấp 6.85 lần trên điện c c LNO ự

Trang 7

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CH Ữ CÁI VIẾT TẮT iii

DANH MỤC HÌNH VẼ v

DANH MỤC BẢNG BI UỂ vii

M Ở ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5

1.1 Vật liệu cấu trúc Pervoskite 5

1.2 Tình chất sắt điện trong vật liệu cấu trúc Pervoskite 6

1.3 Sắt điện Relaxor 9

1.3.1 Tình chất điện môi của s t đi n Relaxor 9 ắ ệ 1.3.2 S t n t i cự ồ ạ ủa các vùng phân cực nano thông qua mộ ố ằt s b ng ch ng ứ thực nghiệm 10

1.4 Biên pha hính thái học và chuyển pha đa hính 14

1.5 Tính hính nghiên cứu v v t liề ậ ệu áp điện/sắt điện không chí trong và ngoài nước 16

Kết luận chương 1: 19

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHI MỆ 21

2.1 K thuỹ ật sol - gel ch tế ạo màng mỏng BSZT 21

2.1.1 Quy trính chế ạo các tiề t n chất và sol BSZT 23

2.1.2 Quy trính chế ạo màng mỏ t ng BSZT 25

2.2 Quy trính quang khắc ch tế ạo điện cực cho màng BSZT (cấu trúc MIM). 26 2.3 Các phương pháp khảo sát vi cấu trúc và tình chất đi n c a v t li u.ệ ủ ậ ệ 29

2.3.1 Phân tìch nhiệt vi sai và nhiệt trọng trường 29

2.3.2 Khảo sát cấu trúc tinh thể ằng phương pháp nhiễ b u x tia X 30 ạ 2.3.4 Hiển vi điệ ử quét (SEM) phân tìch hính thái họn t c của màng mỏng 32 2.3.5 Ph k ổ ế quang điệ ử tia X (XPS) phân tìch thành phần t n m u 32 ẫ 2.3.6 Phương pháp khảo sát tình chất điện c a v t liủ ậ ệu: Điện dung và dòng rò 34

Kết luận chương 2: 36

CHƯƠNG 3: KẾT QU VÀ TH O LU NẢ Ả Ậ 37

3.1 Kết quả phân tìch nhiệt vi sai và nhiệt vi tr ng (TG - ọ DTA). 37

Trang 8

3.2 Đặc trưng vi cấu trúc và hính thái bề ặ ủa màng mỏ m t c ng BSZT. 38

3.3 Thành phần và trạng thái hóa học của màng mỏng BSZT 43

3.4 Đặc trưng dòng rò của màng sắt điện BSZT. 47

3.5 Đặc trưng điện môi của màng BSZT. 50

3.5.1 Ảnh hưởng của điện trường đến độ thẩm điện môi của màng 50

3.5.2 Ảnh hưởng của điện trường đế ổn hao điện môi của màng BSZTn t 54

3.5.3 Ảnh hưởng c a t n s ủ ầ ố đến độ thẩm điện môi và tổn hao điện môi của màng 56

TÀI LIỆU THAM KH OẢ 60

PHỤ Ụ L C 66

Trang 9

DANH MỤ CÁC KÝ HIỆC U, CH CÁI VIẾT TẮT Ữ

STT Ký hiệu Thuậ t ng ếng Anh ữ Ti Thuậ t ng ếng ữTi

Systems H ệ vi cơ điệ ửn t

titanate

5 BCT Ba1-xCaxTiO3 Vật liệ Bau 1-xCaxTiO3

6 BZT Material BaZrxTi1-xO3 Vật liệu BaZrxTi1-xO3

7 BBT Material Ba0.7Bi0.2TiO3 Vật liệu Ba0.7Bi0.2TiO3

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) Các vùng phân cực vi

15 SEM Scanning Electron Microscope Hiển vi điệ ử quétn t

16 XRD X-Ray Diffraction Nhiễu x tia X ạ

Trang 10

17 TC The Curie temperature Nhiệ ột đ Curie

19 Pr The remanent polarization Độ phân cực dư

20 Ps The saturated polarization Độ phân cực bão hòa

21  The dielectric contant H ng s ằ ố điện môi

23 C-V Capacitance- Voltage Đặc trưng điện dung –

điện áp

25 DSC/DTA

Differential scanning calorimetry/ Differential thermal analysis

Phân tìch nhiệt vi sai/ nhi vi sai ệt trọng trường

Trang 11

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hính 1.1: Cấu trúc perovskite dạng ABX3 và thành phần A) D ng cạ ấu trúc lập phương B) Cấu trúc perovskite “kép” A2BB’X6 C) B ng tuả ần hoàn hóa học hiển thị các nguyên tố chi m v ế ị trì A, B và X [11-12] 5 Hính 1.2: (a) Mạng lập phương thuận điện; (b) S ự méo dạng t ứ giác của cấu trúc perovskite và (c) méo dạng m t thoi [13] 7 ặHính 1.3: Biểu di n 2 chi u c a s ph thuễ ề ủ ự ụ ộc G(P) đố ớ ậi v i v t li u sệ ắt điệ ởn (a) dưới nhiệt độ TC , (b) t i Tạ C , (c) trên TC , (d) Hồi đáp điện môi theo nhiệt độ [14] 8 Hính 1.4: Biểu di n 2 chi u cễ ề ủa đường cong G(P) c a m t v t li u sủ ộ ậ ệ ắt điện trong quá trính chuyển s ự phân cực dư i tác d ng c a điớ ụ ủ ện trường ngoài E [15] 9 Hính 1.5: Sự ph thu c c a h ng s ụ ộ ủ ằ ố điện môi vào nhiệt độ ại các tầ t n s ố khác nhau đố ớ ắt điệi v i s n relaxor [16] 10 Hính 1.6: Giản đồ pha c a dung d ch rủ ị ắn PZT (a) và (b) Hằng s ố điện môi và hệ

s kố ết cặp cơ điện là hàm của nồng độ PbZrO3trong PZT [22] 14 Hính 1.7: (a) Giản đồ pha c a h NBT-ủ ệ BTO và (b) Hằng s ố điện môi, áp điện như một hàm của nồng độ BTO [23] 15 Hính 1.8: (a) Giản đồ pha c a h ủ ệ BZT-BCT và (b) Hệ ố áp điện như một hàm s

của nồng độ BCT và nhiệ ột đ [24] 16 Hính 1.9: Thống kê số ợng các công trính nghiên cứ lư u v v t liề ậ ệu áp điện không chí: a) về mặt công bố và b) bằng sáng chế theo Web of Science (https://clarivate.com/products/web-of-science) Các thanh màu biểu th ng ị ứ

d ng v t liụ ậ ệu áp điện, trong khi đường tròn màu đen với đường nét đứt bi u th ể ịcho các ứng d ng m i 18 ụ ớHính 2.1: Sơ đồ ch t o m u BSZT bế ạ ẫ ằng phương pháp quay hóa Sol-gel 22 Hính 2.2: Sơ đồ ch t o sol BSZT 24 ế ạHính 2.3: Quy trính quay phủ ch tế ạo màng BSZT 25 Hính 2.4: Hệ quay ph mủ ẫu màng BSZT tại Viện ITIMS 26 Hính 2.5: Quy trính chế ạo điệ t n cực trên cho màng BSZT (tạo cấu trúc MIM)

bằng công ng ệ vi điệ ửh n t 27 Hính 2.6: Nhiễu x cạ ủa tia X trên tinh thể 31 Hính 2.9: Sơ đồ nguyên lý chung cho phép đo XPS, vì dụ phân tìch bề ặ m t m u ẫ

Si 33 Hính 2.10: Sơ đồ ấu trúc các tụ ắt điệ c s n BSZT song song 34

Trang 12

Hính 2.11: Hính ảnh thi t b h ế ị ệ đo SCS 4200 đo điện dung và dòng rò.- 35 Hính 3.1: Đường cong nhi t vi sai trệ ọng trường DTA c a v t li u BSZT 37 ủ ậ ệHính 3.2: Giản đồ nhi u x SXRD c a m u b t BSZT ễ ạ ủ ẫ ộ được phân tìch bằng phương pháp Rietveld 39 Hính 3.3: G n đồỉả nhi u x tia X cễ ạ ủa các mẫu màng mỏng BSZT trên các ệđi n

cực Pt, LNO, và SRO 40 Hính 3.4: Hính ảnh FE-SEM b mề ặt và mặ ắ ủa màng mỏt c t c ng BSZT 8 l p: (A) ớtrên đế Pt; (B) trên đế LNO và (C) trên đ SRO 43 ếHính 3.5: Phổ XPS dải quét rộng của màng BSZT trên đế điện c c Pt k t tinh ự ế ở

650 oC 44 Hính 3.7: Phổ XPS dải quét hẹp của Zr3d trong màng BSZT khớp với hàm Lorentz 46 Hính 3.8: Đường cong I-V điển hính của màng dạng cấu trúc tụ Pt/BSZT/Pt quét

ở điện áp  15V 48 Hính 3.9: Mật độ dòng rò phụ thuộc điện trường (J-E ) c a t ủ ụ Pt/BSZT/Pt được

bi u diể ễn theo thang logarit: (A) Vùng điện trường thấp và (B) vùng điện trường cao 48 Hính 3.10: Mật độ dòng rò phụ thuộc điện trường (J-E)c a t Pt/BSZT/LNO ủ ụđược bi u diể ễn theo thang logarit: (A) Vùng điện trường thấp và (B) vùng điện trường cao 49 Hính 3.11: Ảnh hưởng của điện áp đến mật độ điện dung của màng BSZT trên đế

Pt, LNO và SRO ở điện áp khác nhau: (a) 10 V; (b) 15 V; (c)  20 V và (d)

25 V 51 Hính 3.12: Ảnh hưởng của điện áp đến mật độ điện dung của màng BSZT trên đế

Pt, LNO và SRO ở vùng điện áp thấp và cao 52 Hính 3.13: Hằng s ố điện môi phụ thuộc điện trường ( -E) c ủa màng BSZT trên các điện cực khác nhau 53 Hính 3.14: Tổn hao điện môi phụ thuộc vào điện điện trường ngoài (tan -E) c a ủmàng BSZT trên các điện c c khác nhau 54 ựHính 3.15: Hính ảnh phóng to củ ổn hao điện môi của màng BSZT tại các vùng a tđiện trường th p 55 ấHính 3.16: Sự ph thu c cụ ộ ủa độ ẩm điện môi và tổn hao đ ện môi củ ụ th i a t BSZT vào tần s 56 ố

Trang 13

DANH M C BỤ ẢNG BI U

Bảng 2.1: Các hóa chất được sử ụng để chế ạ d t o sol BSZT 23

Bảng 2.2: Thông tin chi tiết về quá trính tạo điện cực cho màng sắt điện 28

Bảng 3.1: Các thông số ấu trúc củ c a m u bẫ ột BSZT tình toán bằng phương pháp Reitveld Thông s m u b t BaTiOố ẫ ộ 3được đưa ra để so sánh 40

B ng 3.2: H s ả ệ ố “kế ấu” P(hkl) của màng BSZT trên các đế điện cực khác nhau.t c 42

B ng 3.3: B ng t ng hả ả ổ ợp tình chất điện môi của màng BSZT trên các điện cực khác nhau 54

Trang 15

M Ở ĐẦU

V t li u sậ ệ ắt điệ áp điệ cấu trúc perovskite ABOn- n 3 trên nền chí zirconat titanat (PZT) đã được nghiên cứu và ứng d ng rụ ộng rãi trong các linh kiện vi h ệthống cơ điện t ử (MEMS) như các vi cảm bi n, vi chế ấp hành và các linh kiện điện cơ khác do tình chất áp điện vượt tr i cộ ủa chúng [1-2] Tuy nhiên, hầu hết trong các thành phần c a v t liủ ậ ệu PZT, hàm lượng chí chiếm t l ỉ ệ khá lớn, hơn 60%

khối lượng Ví chí có độc tình cao và khả năng bay hơi nhanh trong quá trính xử

lý nhiệt nên nó được xem là tác nhân gây ô nhiễm môi trường và có hại cho s c ứ

khỏe con người Do đó, việc tím kiếm và phát triển các vật li u m i thay th vệ ớ ế ật liệu chứa chí với mục đìch đạt được tình chất áp điện tương đương hoặc thậm chì cao hơn trở thành một nhu c u c n thiầ ầ ết và đáng được quan tâm hiện nay [3–5]

Có rấ ề ệ ậ ệu áp điện không chứa chí (sau đây gọ ắt là không chí) đã được quan tâm nghiên cứu Tuy nhiên, các gốm áp điện không chí đều

có hệ ố áp điệ s n th p so vấ ới các hệ ố g m PZT ngay c ả khi chúng có thành phần

v t li u nậ ệ ằm trong vùng biên pha hính thái (MPB) Đối v i PZT, vi c pha t p ớ ệ ạđóng vai trò quan trọng nh m biằ ến tình (“cứng” hoặc “mềm” hóa) để có các thông số ậ v t li u tệ ốt, tình chất phù hợp với các mục tiêu ứng dụng khác nhau Đây có thể là một gi i pháp nâng cao các tình ch t cho các h v t li u không chí ả ấ ệ ậ ệ

Tổng quan các công trính nghiên cứu v v t liề ậ ệu không chí chỉ ra r ng, vi c pha ằ ệcác loạ ạp phù hợi t p s ẽ làm nâng cao các tình chất c a v t liủ ậ ệu và quá trính phân cực tr ởnên dễ dàng hơn [6]

M t v t liộ ậ ệu áp điện không chí có cấu trúc ABO3 điển hính là BaTiO3 đã được nghiên cứ ừ lâu Các tình chất điệu t n c a BaTiOủ 3 có thể được thay đổ ằi b ng cách thay thế các nguyên tố khác vào vị trì A và B trong cấu trúc ABO3 của nó Chẳng hạn, khi thêm x% mol Ca vào vị trì của Ba, và % mol Zr vào vị trì củy a Ti trong BaTiO3 làm hính thành các dung dịch r n Baắ 1-xCaxTiO3 − BaZryTi1-yO3, tương ứng H v t liọ ậ ệu này đã gây được s ự chú ý của giới nghiên cứu do kh ảnăng điều ch nh cỉ ấu trúc và các tình chất điện n i b t cổ ậ ủa chúng [8-9] Năm 2009, Liu và các cộng s ự đã xây dựng được h v t liệ ậ ệu áp điện không chí BaZr0.2Ti0.8O3− xBa0.7Ca0.3TiO3(BZT− xBCT) có hệ ố áp điệ d s n 33đạt giá trị 620 pC/N khi x= 50%, cao hơn cả giá trị thu được (~600 pC/N) trên PZT5H thương

Trang 16

mại [9] Các tác giả còn đưa ra nhận định, h s ệ ố áp điệ dn 33 của thành phần BZT−0.5BCT ở ạng đơn tinh thể d hoặc định hướng theo m t s ộ ố phương tinh thểxác định (texture) có thể đạt giá trị 1500 pC/N K t qu ế ả này lầ đầu được công n

b ố trên Tạp chì Physical Review Letters B, m t tộ ạp chì uy tìn nhấ ủa ngành vật t c

lý, thu hút sự quan tâm của các nhà công nghệ ví khả năng ứng d ng cụ ủa chúng (hệ ố áp điện và hằ s ng s ố điện môi lớn) và các nhà nghiên cứu cơ bản ví lần đầu tiên thu được hi u ệ ứng áp điện lớn đối v i v t liớ ậ ệu áp điện không chí Một đặc điểm quan tr ng nh t c a h BZT− xọ ấ ủ ệ BCT, khác với các hệ không chí còn lại, là

s t n t i cự ồ ạ ủa điểm ba, giao điểm gi a ba pha: ữ m t thoi , t ứ giác và lập phương

S t n t i cự ồ ạ ủa điểm ba này đặc trưng cho các hệ ậ v t liệu có tình áp điệ ốt trên n t

cơ sở ậ v t li u nệ ền chí Sau phát hiện của Liu và cộng sự, các vật liệu tương tựcũng được ch t o bế ạ ằng các phương pháp khác nhau và cho các thông số khá tốt trong vùng lân cận biên pha hính thái họ Các kếc t qu ả này hứa h n v kh ẹ ề ả năng chế ạo các vậ t t liệu không chí có thể thay th PZT trong mế ột tương lai gần Các nghiên cứu cơ bản nhằm tím hiểu cơ chế hính thành tình phân cực điện môi lớn góp phần nâng cao hệ ố điện, cơ cũng như nghiên cứ ối ưu hoá công nghệ s u t ch ế

tạo các hệ ậ v t liệu này đang được quan tâm Ngoài ra, để phát triển và sử ụ d ng

v t liậ ệu này trong các linh kiện c m bi n MEMS, v t li u phả ế ậ ệ ải đượ ổc t ng h p ợdưới dạng màng mỏng trên các đế điện c c s dự ử ụng công nghệ vi ch tế ạo như quang kh c ắ và ăn mòn Từ những phân tìch trên, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên

c u ch tứ ế ạo và khảo sát tính chất điện của màng mỏng sắt điện không chì BSZT”

cho luận văn Pha tạp đồng hóa trị ị trì A và B bằng nguyên tố stronti (Sr) và v zirconi (Zr) vào mạng n n BaTiOề 3 đượ ực l a ch n So vọ ới Ba và Ti, Sr và Zr có độ

bền hóa họ ốt hơn dẫ ới ổn định hơn thành phần hóa học và cấu trúc pha của c t n t

Trang 17

Vật liệu sắt điện không chí BSZT dạng màng mỏng được quay ph ủ trên các

đế điện c c Pt/Ti/SiOự 2/Si, LNO/Ti/SiO2/Si, SRO/Ti/SiO2/Si

Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu:

- Cách tiếp c n cậ ủa nghiên cứu là vận dụng mô hính lý thuyết và kết qu ả

thực nghiệm của các công trính được công bố trên các tạp chì uy tìn để ối ưu hóa tquy trính công n ệ, phân tình và đánh giá kếgh t qu t đư c ả đạ ợ

- Phương pháp nghiên cứu c a luủ ận văn là phương pháp thực nghi m Sau ệkhi ch tế ạo thành công vật liệu, chúng tôi tiến hành khảo sát cấu trúc, đo đạc các tình chất điện sau đó phân tìch các kết qu ả thu được để điều chỉnh công nghệ ch ế

t o vạ ật liệu

N i dung c a luộ ủ ận văn:

Nghiên cứu chế tạo màng mỏng BSZT bằng kỹ thuật quay phủ sol gel đơn giản, chi phì thấp Khảo sát vi cấu trúc, thành phần và hính thái bề mặt màng chế tạo được bằng các kỹ thuật phân tìch hiện đại, độ tin cậy cao như: TG - DSC, XRD, XPS, FE-SEM v.v

V; Khảo sát và đánh giá tình chất điện của màng thu được trên hệ đo I

C-V sử dụng trạm đo 4 mũi dò

Ý nghĩa khoa học và thực ti n c a luễ ủ ận văn:

Luận văn là một công trính nghiên cứ ọ cơ bản có định hướ

ứng dụng Đối tượng nghiên cứu c a luủ ận văn là vật li u sệ ắt điện không chí (Ba,Sr)(Zr,Ti)O3 thân thiện v i vớ ới môi trường và sức khỏe con ngườ ới v i nhiều

đặc tình đi n tệ ốt có thể ứ ng dụng trong lĩnh vực tìch tr ữ năng lượng

B cố ục củ luận văn: a

Luận văn được trính bày trong khuôn khổ 61 trang (không kể ph n m c ầ ụ

lục và danh mục các tài liệu tham kh o) bao g m ph n m ả ồ ầ ở đầu, 03 chương nội dung, ph n kầ ết luậ và các tài liện u tham kh o Cả ấu trúc của lu n ậ văn như sau:

Chương 1: T ng quan

Trang 18

ng quan v c t v a v t liTrính bày tổ ề ấu trúc, tình chấ ật lý củ ậ ệu có cấu trúc pervoskite, v t li u sậ ệ ắt điện relaxor, v t li u sậ ệ ắt điện không chí và sắt điện không chí trên cơ sở BaTiO3

Chương 2: Phương pháp thực nghi m ệ

t o mTrính bày phương pháp và quy trính chế ạ ẫu Nguyên lý cơ bản và các bước thực hành mộ ố phép đo nghiên cứt s u th c hiệự n trong luận văn

Chương 3: Kết quả và thảo lu n ậ

ng BSZT ch Nghiên cứu quá trính hính thành pha cấu trúc của màng mỏ ế

t o bạ ằng phương pháp sol-gel S ự ảnh hưởng của điều ki n ch t o (nệ ế ạ ồng độ sol, nhiệt độ và loại đế điện cực) lên sự hính thành pha cấu trúc tinh thể, thành phần pha và tình chất đi n c a v t liệ ủ ậ ệu BSZT cũng được nghiên cứu và thảo lu n ậ

K t lu nế ậ : Trính bày tóm lược các kết qu ả chình của luận văn Các kết qu ả chình

của luận văn đã được công bố trong 2 công trính khoa học (Ph lụ ục)

Cuối cùng là mộ ố ết s ki n ngh ị cho công việc nghiên cứu ti p theo ế

Trang 19

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Vật liệu cấu trúc Pervoskite

V t li u cậ ệ ấu trúc pervoskite đóng vai trò quan trọng trong khoa h c v t liọ ậ ệu [10] Cấu trúc perovskite lý tưởng có dạng tổng quát ABX3, trong đó, A là các cation hóa trị (1, 2, 3) có bán kình ion lớn, B là các cation hóa trị 5, 4, 3 tương ứng có bán kình ion nhỏ hơn và X là anion (O2-, F-, Cl-, Br-, I-) liên kết v i hai ớkim loại trên Trong hầu hết các trường h p pervoskite, ion Oợ 2 chiếm v ị trì của anion Th c ch t, cự ấ ấu trúc pervoskite là mạng 3 chi u cề ủa các hốc bát diện BO6 Các cation A liên hệ ớ v i 12 anion O2, trong khi các cation B nằ ở tâm khối bát m

di n bao quanh b i 6 anion Oệ ở 2

Hình 1.1: Cấu trúc perovskite dạng ABX3 và thành phần A) D ng cạ ấu trúc lập

phương B) Cấu trúc perovskite “kép” A2BB’X6 C) B ng tuả ần hoàn hóa học hiển

thị các nguyên t chi m vị trí A, B và X ố ế [11-12]

Cấu trúc perovskite (Hính 1.1) minh chứng một ưu điểm n i bổ ật: nó cho phép thay đổi thành phần, bao g m kh ồ ả năng tìch hợp nhi u ion m t v ề ở ộ ị trì dẫn đến các tình chấ ật lý nổ ật như hiệ ứt v i b u ng t đi n tr kh ng lừ ệ ở ổ ồ, tình chấ ắt điệt s n,

áp điện, siêu dẫn đặc biệt

S ự méo dạng của ô cơ sở làm thay đổi đối x ng tinh th Khi m t hay nhiứ ể ộ ều cation d ch chuy n t ị ể ừ các vị trì có tình đối x ng cao sang v ứ ị trì có tình đố ứi x ng thấp hơn gây ra trạng thái sắt điện ho c ph n sặ ả ắt điện Nói cách khác, tâm điện tìch âm và tâm điện tìch dương lệch nhau làm phát sinh phân cự ự phát Tuy c t nhiên, trong mộ ật v t li u sệ ắt điện, phân cự ự phát là cần nhưng chưa đủ, ví nó c t đòi hỏ ự tái định hưới s ng bởi điện trường Một đại lượng quan trọng dùng để

Trang 20

đánh giá sự bi n d ng c a c u tế ạ ủ ấ rúc perovskite lập phương lý tưởng gây bởi các ion thành phần là thừa s b n v ng, ố ề ữ , do Goldschmidt đề xuất năm 1927 dựa trên bán kình ion,  của các ion thành phần (A, B, X) [12]

   

󰇛  󰇜 (1.1)Thừa s ố này phản ánh ự ế s bi n d ng cạ ấu trúc (biến dạng ô cơ sở) - yế ố ảu t nh hưởng mạnh đến các tình chất vật lý của v t li u ( 1) Kậ ệ   ìch thước của các cation ở ị trì A và B phù hợ v p hoàn toàn với các lỗ ố tr ng t o ra b i khung anion ạ ở

X N u ế   1, các cation ở ị trì B quá lớ v n so v i kho ng tr ng cớ ả ố ủa nó nên làm thay đổi các tham số ủa ô cơ sở, trong khi các cation ở ị trì A có thể c v di chuy n ểNhững v t li u vậ ệ ới t < 1 thường không có tình sắt điện do độ nghiêng và xoay

của các hốc bát diện là khác nhau tạo ra s i x ng nghự đố ứ ịch Điều ngượ ạ ảy c l i x

ra khi  1 

Trong trường h p ợ anion là oxi, một s ố nghiên cứu ch ra r ng cỉ ằ ấu trúc pervoskite bền khi 0.89 ≤ ≤ 1.06 (hoặc thậm chì 1.09) ế n u lấy bán kình của nguyên tử oxi,       [6-13] Để duy trí hợp thức và cân bằng điện tìch, các cation A và B phả ế ợi k t h p sao cho tổng hóa trị ủa chúng bằng điện tìch củ c a

3 anion O2 Điều này cho phép hính thành các cấu trúc peroskite phức h p, ợ ở đó

có hai hoặc nhiều ion cùng tồ ạ ở các vị trì tương đương Tùy thuộc vào vị trì n t i tìch hợp mà công thức tổng quát của cấu trúc perovskite phức có dạng (A A .)BO3, hay A(B B .)O  3 hay (A A .)(B B .)O    3

1.2 Tính chất sắt điện trong vật liệu cấu trúc Pervoskite

Ferroic là các vật liệu có chuyển pha t ự phát tại điểm chuy n pha Tể C (còn gọi

là nhiệt độ Curie) trong quá trính hạ nhiệt độ Tùy thuộc vào tình chất vật lý, người ta phân biệt 3 lo i ferroic: ạ sắt điệ s t tn, ắ ừ, và sắt điện đàn hồ i tương ứng

với phân cự ự phát, Pc t S, t ừ hóa tự phát, MS, và ếbi n d ng t ạ ự phát, SS, x y ra tả ại

TC khi làm lạnh Phân cực, t ừ hóa và biến d ng t ạ ự phát chịu tác động bởi điện trường, , tE ừ trường, H, và ứng su t, , (gấ T ọi chung là trường ngoài) tương ứng Các mối quan h ( ), (ệ P E M H), và S T( ) gọi chung là các đường tr ễ Trong trường

h p sợ ắt điện, phân cực P liên hệ ới điện trườ v ng E thông qua một tensor h ng 2, ạ

gọi là tensor độ cảm điện môi, ij, như phương trính mô tả (1.2)

Trang 21

  󰇛󰇜

với,  8.85 10 F/m  12là hằng s ố điện môi của môi trường chân không Hằng

s ố điện môi tương đối    o(1 + ) liên hệ ới độ ị v d ch chuyển điện D, và điện trường E như sau:

  󰇛󰇜

Theo quan điểm nhiệt động học, trong các hợp ch t perovskite, s d ch chuy n ấ ự ị ể

t pha lừ ập phương thuận điện không phân cực sang pha sắt điện kèm theo sựchuy n pha cể ấu trúc sang đố ứi x ng thấp hơn (pha tứ giác, và pha mặt thoi ch ng ẳ

hạn) (Hính 1.2)

Hình 1.2: (a) M ạng lập phương thuận điện; (b) S ự méo d ạng t ứ giác của cấu trúc

perovskite và (c) méo dạng m t thoi [13]

S ự thay đổi trong cấu trúc làm mở ộng kìch thướ r c c a khủ ối bát diện BO6 gây

ra s d ch chuyự ị ể ệch tâm của các cation ở ị trì B so với các anion On l v 2, t o ra ạcác mômen lưỡng cực trong ô cơ sở gây ra phân cự ự phát Pha lập phương c t không phân cự ởc nhiệt độ cao được đặc trưng bởi th ế đơn trên đường cong bi u ể

di n s ph ễ ự ụ thuộc của năng lượng t ự do, G, theo độ phân cực, v i th ớ ế năng cực

tiể ạu t P  i 0 (hính 1.3) Do sự ở ộ m r ng c a khủ ối bát diện BO6 trong pha t ứ giác, năng lượng t do c c b cự ụ ộ ủa các cation ở ị trì B nằ v m tại tâm đạt giá trị ực đạ c i

t o ra m t th ạ ộ ế năng kép cho hai trạng thái phân cực ổn định (hính 1.3 ) a [14] Tại điểm chuyển pha gi a pha lữ ập phương (không có phân cực) và pha sắt điện (phân

cực), đường cong th ế năng trở nên phẳng (hính 1.3 ) gây ra sự ếb bi n đ i d ổ ị thường theo nhiệt độ ủa các tình chấ c t vật lý ở ần điể g m chuy n pha ể

Trang 22

Hính 1.3 mô tả tình dịd thư ng c a h ng s điờ ủ ằ ố ện môi ở ầ g n TC Đây là hệ qu ả

c a trủ ạng thái phân cự ấ ớn do đường cong năng lược r t l ng t do gự ần như phẳng

S ph ự ụ thuộc c a h ng s ủ ằ ố điện môi tương đối theo nhiệt độ  T) có đỉ, ( nh sắc

nh n g nọ ầ TC trong quá trính giảm nhiệt độ chứng t ỏ có sự chuy n pha t thu n ể ừ ậđiện sang sắt điệ Ở ạng thái thuận điện trên n tr TC, ( T) tuân theo định lu t Curie ậ– Weiss

Hình 1.3: Biểu diễn 2 chiều của sự phụ thuộc G(P) đối vớ ậ i v t liệu sắt điện ở (a) dưới nhiệt độ TC , (b) tại TC , (c) trên TC , (d) Hồi đáp ện môi theo nhiệ đi t độ [14]

Khi nhiệt độ ủ c a m t v t li u sộ ậ ệ ắt điệ ở dưới Tn C, s ự phân cực không được định hướng đồng nhất trong toàn bộ tinh thể Thay vào đó, các vùng phân cực đồng

nhất, còn gọi là các đômen sắt điện, được hính thành sao cho phân cực vĩ mô

bằng không Sự xu t hi n cấ ệ ủa các đômen để đả m bảo điều ki n c c tiệ ự ểu hóa năng

lượng đàn hồ ủa trười c ng kh ử phân cực và giảm năng lượng đàn h i sinh ra trong ồquá trính nén cơ học

Trang 23

Hình 1.4: Biểu di n 2 chi u cễ ề ủa đường cong G(P) c a m t v t li u sủ ộ ậ ệ ắt điện trong

quá trình chuyển s ự phân cự c dư ới tác dụng của điện trường ngoài E [15] Hính 1.4 minh họa giản đồ năng lượng t do Gibbs cự ủa quá trính chuyển tr ng ạthái phân cực trong v t li u sậ ệ ắt điện v i th ớ ế năng kép Khi có một điện trường ngoài đặt vào tinh thể, các đômen phân cực không cùng hướng s trong tr ng ẽ ở ạthái năng lượng cao hơn so với các đômen có phân cực cùng hướng Khi tăng điện trường đến một giá trị ọi là điện trường kháng ( g EC), phân cực trong t t c ấ ảcác đômen s ẽ định hướng theo chiều điện trường ngoài để ự c c tiểu hóa năng lượng Ti p tế ục tăng điện trường đến một giá trị nào đó, sự phân cực không tăng

nữa, và đạt đến giá trị bão hòa, Ps Khi lo i b ạ ỏ điện trường, h u hầ ết các đômen vẫn có các phân cực duy trí cùng hướng như khi còn điện trường đặt vào Lúc này, vật li u t n tệ ồ ại phân cực dư, Pr, tức là trạng thái phân cực Khi o chi u đả ềđiện trường, phân cực s quay theo chiẽ ều ngượ ạc l i, tạo thành một đường cong

mô tả ự s ph thuụ ộc điện trường của phân cực, (P E), hay còn gọi là đường tr s t ễ ắđiện

1.3 Sắt điện Relaxor

1.3.1. Tính chất điện môi củ ắa s t đi ện Relaxor

Sắt điện relaxor là loại ậv t liệu có các tình chất và cấu trúc dị thường do tình

b t tr t t trong tinh th ấ ậ ự ể Ở vùng nhiệt độ cao, chúng ở pha thuận điện không phân cực tương tự như pha thuận điện trong các sắt điện thông thường Khi được làm lạnh, chúng chuyển sang trạng thái relaxor ergodic (ER), là trạng thái mà ở

đó các vùng phân cự ở kìch thước c nano (PNRs) chứa các momen lưỡng c c ựphân bố ngẫu nhiên Sự thay đổi này xảy ra m t nhiở ộ ệt độ TB, gọi là nhiệt độ

Trang 24

Burn Trong quá trính này không có bấ ỳt k m t s ộ ự thay đổi nào về ấ c u trúc c p ở ấ

độ vĩ mô và vi mô, do vậy, TB không phải là nhiệt độ chuyển pha Tuy nhiên, PNRs lại ảnh hưởng mạnh đến trạng thái của tinh thể, làm gia tăng tình chất d ịthường c a v t liủ ậ ệu Ví lẽ đó, trạng thái của tinh th ể ở dưới TB được xem là một pha m i, kớ hác với pha thuận điệ Ở ầ Tn g n B, PNRs rất linh động, tinh th ng ể ở trạthái ER Khi nhiệt độ ả gi m, trạng thái dao động của chúng chậm lại, và đến m t ộnhiệt độ đủ thấ T p f nào đó, các PNRs trong các chấ ắt điệt s n relaxor b ị đông cứng,

gọi là trạng thái non ergodic (NER), trong khi đố- i x ng tinh th vứ ể ẫn là lập phương Giả thuy t v s t n t i m t d ch chuyển cân bằng pha vào pha thủy tinh ế ề ự ồ ạ ộ ịnhiệt độ thấp đang được tranh lu n b i nhiậ ở ều nhà nghiên cứu S ự đông cứng của các lưỡng cực dao động được cho là có liên quan đến s m r ng cự ở ộ ủa đỉnh ph ổ

(T) và đặc trưng tán sắc đ i với các tầố n s ố đo (Hính 1.5)

Hình 1.5: Sự ph thu c c a h ng s ụ ộ ủ ằ ố điện môi vào nhiệ ộ ại các tầ t đ t n s khác ố

nhau đố ớ ắ i v i s t đi n relaxor [16] ệ

Hiện tượng tán sắc là điểm khác biệt cơ bản để phân biệ ắt điện relaxor và sắt s t điện thường sỞ ắt điện relaxor, đỉnh ph ( ) hổ  T ạ ấp và dị th ch v ề phìa nhiệt độ cao khi tăng tần s ố đo f, trong khi ở sắt điện thường, (T) không phụ thuộ ầc t n s ố1.3.2 S t ự ồn tại ủa các vùng phân cực nano thông qua một số ằc b ng chứng

thực nghi m

Trang 25

B ng chằ ứng đầu tiên chứng t ỏ (mặc dù không trực ti p) s t n t i cế ự ồ ạ ủa PNRs là

s ph ự ụ thuộc nhiệ ột đ của chỉ ố khúc xạ s quang n

Khi T  TB, quy luật n T) có dạ( ng tuyến tình Nhưng ở phìa nh ệt độ thấi p, người ta quan sát sự ến đổ bi i phi tuyến c a quy luủ ật này Nguyên nhân được cho

là có liên quan đến s ự thay đổ ủi c a n do tác dụng của phân cự ự phát bên trong c t PNRs S t n t i cự ồ ạ ủa PNRs, sau đó, được xác nhận bởi phép đo nhiễu x ạ tia X và nhi u x ễ ạ neutron đàn hồi ở xung quanh các điểm mạng đảo [17] Trong các tinh thể PMN (PbMg1/3Nb2/3O3), s ự tán xạ khuếch tán chủ ế y u x y ra ả ở dưới TB với cường độ tăng khi nhiệt độ gi m Hi u ả ệ ứng này tương tự như sự tán xạ gây bởi

các dao động sắt điện t i hớ ạn, nhưng có một điểm khác biệt quan trọng là dạng đường cong mô tả ự s ph thuụ ộc vector sóng của cường độ tán xạ ở khoảng cách

xa so v i v ớ ị trì mạng đảo không có dạng Lorentz Chiều dài tương quan, , dùng 

để đo kìch thước c a PNRs, t l v i nghủ ỷ ệ ớ ịch đảo c a b rủ ề ộng đỉnh khuếch tán Trong PMN, kìch thước c a PNRs rủ ất bé ( ~ 1.5 nm) Dướ i 300 K, chiều dài tương quan tăng khi nhiệt độ giảm Đại lượng này tăng đáng kể ở ầ g n nhiệt độđông cứng Phân tìch mối quan h gi a chiệ ữ ều dài tương quan và cường độ tán xạtìch phân, người ta th y r ng, s ấ ằ ố PNRs tăng khi nhiệt độ ả gi m (t ừ bên phả ủa Ti c B) [18] và ở lân cậ Tn f, s PNRs gi m mố ả ạnh (có thể do PNRs k t h p v i nhau t o ế ợ ớ ạthành PNRs lớn hơn) Ở dưới Tf, s ố PNRs không đổi

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hướng d ch chuy n cị ể ủa các ion gây ra các momen lưỡng c c t ự ự phát trong PNRs Phép phân tìch cấu trúc động h c c a s ọ ủ ựtán xạ neutron khuếch tán trong các tinh thể PMN cho thấy, các cation ở ị trì B v (Nb5, Mg2) và các anion O2 di chuyển ngược hướng so với các cation Pb dọc theo đường chéo chình của ô cơ sở perovskite, tức là hướng <111> để ạo thành t

cấu trúc mặt thoi có cực Đố ứi x ng m t thoi Rặ 3m cũng thu đượ ừ ếc t k t qu ả phân tìch các tương quan dịch chuyển c p ion b ng k thuặ ằ ỹ ật tán xạ khuếch tán tia X [19] Nhưng theo nghiên cứu này, các dịch chuy n c a anion Oể ủ 2 l ch khệ ỏi đường chéo chình và song song với hướng <110> Khi đó, PNRs có dạng trái xoan Bên cạnh các đặc trưng cấu trúc, nhiều tình chấ ủt c a sắt điện relaxor được giải thìch đầy đủ trên cơ sở các ý tưởng v PNRs V i sề ớ ắt điện thông thường,

đỉnh d thư ng nhi t dung s c nh n tị ờ ệ ắ ọ ại điểm chuyển pha, trong khi đối v i s t ớ ắ

Trang 26

điện relaxor, đỉnh này trải dài trên một kho ng nhiả ệt độ và rất khó phân biệt được

s ự đóng góp của m ng n n Ph n nhiạ ề ầ ệt dung sau khi đã trừ đi phần đóng góp của

m ng n n (nhiạ ề ệt dung dư) của tinh th ể PMN và PMT (PbMg1/3Ta2/3O3) được xác

định bằng các kỹ thu t h i ph c nhiậ ồ ụ ệt và gần đúng đoạn nhiệt Nó xuất hiện như

là mộ ực đại đốt c i x ng khuứ ếch tán trong cùng một kho ng nhiả ệt độ mà ở đó PNRs tạo thành mầm và phát triển Gần đây Pramanick và các đồng nghi p s ệ ử

d ng mụ ột hàm phân phố ế ặp động (SyPDF) có nguồi k t c n g c t ố ừ tán xạ neutron không đàn hồi nhằm thu được nh ng hi u bi t tr c ti p v cữ ể ế ự ế ề ấu trúc nguyên tử và

động l c h c c a PNRs trong v t li u Ba(Zrự ọ ủ ậ ệ xTi1-x)O3 [20] Các phát hiện cho thấy chuy n v ể ị nguyên tử ạ t i v ị trì B xảy ra d c ọ theo hướng <111> và các chuyển v ịlệch tâm này đượ ổn địc nh bằng cách thay thế Ti b ng mằ ột lượng tối ưu các nguyên tử Zr có bán kình nguyên tử ớn hơn (R l Ti4+ = 0.68Å và RZr4+ = 0.87 Å) Vai trò quan trọng c a viủ ệc đưa thêm Zr là giảm năng lượng do các chuyển v ị

lệch tâm, dẫn đến làm giảm t n s ầ ố dao động nguyên tử trong các PNRs xu ng ốdướ ầi t n s THz ố

Tình dị thường được xem là kết qu c a s bi n dả ủ ự ế ạng PNRs và tương tác của các lưỡng cực PNRs có thể được xem là các lưỡng c c l n bự ớ ất thường có hướng

và độ ớ l n ph thuụ ộc vào điện trường ngoài, do đó, các tình chất liên quan có thể

r t l n Th t v y, tấ ớ ậ ậ ại vùng nhiệt độ ồ ại PNRs, các sắt điện relaxor được đặc t n ttrưng bởi hi u ệ ứng điện giảo, điệ – quang, và hằn ng s ố điện môi rấ ớt l n S t n ự ồ

t i cạ ủa PNRs đã được khẳng định, song ngu n gồ ốc và cơ chế hính thành chúng

vẫn chưa thật sự rõ ràng

Tuy nhiên như đã được đề ậ ở c p trên, các sắt điện relaxor th hi n s m r ng ể ệ ự ở ộ

tại đỉnh ph ổ r( ), do vT ậy, người ta g i s chuyọ ự ển pha này là chuyển pha nhòe Hơn nữa, đỉnh chuyển pha (Tm, )rm h ạ thấp và dịch v ề phìa nhiệt độ cao khi t n ầ

s ố tăng Viehland và cộng s ự đã giải thìch sự ph ụ thuộ ầc t n s c a ố ủ Tm bằng định

lu t Vogel ậ – Fulcher [21]

  󰇩 

 󰇪󰇛󰇜

hay

Trang 27

cực ở ầ t n s b t kố ấ ỳ Trong các thủy tinh lưỡng c c, s ự ự đông cứng này là do tương tác giữa các lưỡng cực, và ở m t nhiộ ệt độ nào đó, lực tương tác giữa các lưỡng

c c biự ến thành nhiệt kìch hoạt Đố ới các sắt điện thười v ng, trạng thái dị thường

đ ện môi ở phìa nhiệt độ cao được mô tả ởi địi b nh lu t Curie ậ – Weiss Trong các

sắt điện chuyển pha nhòe, định luật này chỉ đúng ở các nhiệt độ ớn hơn l TB Khi nhiệt độ nh ỏ hơn TB, PNRs xu t hiấ ện, và định lu t Curie ậ – Weiss không còn đúng trong kho ng (ả Tm T B) Để mô tả đầy đủ ạng thái điện môi ủ tr c a v t li u sậ ệ ắt điện relaxor ở trên nhiệt độ Tm, Uchino và Nomura đã đề xu t m t bi u thấ ộ ể ức bán thực nghiệm, còn gọi là định lu t Curie Weiss m r ng [17] ậ – ở ộ

Trang 28

đây giả đị nh s ố vùng phân cực thay đổi theo quy lu t d ng Lorentz khi nhiậ ạ ệt độ

giảm Người ta th y rấ ằng, phương trính (1.8) có thể áp dụng cho c sả ắt điện thường, sắt điện chuyển pha nhòe Hơn nữa, phương trính này còn dùng để mô tả

trạng thái ện môi ở ần vùng chuyển pha phìa nhiệ ộđi g t đ ấp th

1.4 Biên pha hình thái học và chuyển pha đa hình

Biên pha hính thái học, MPB th c ch t ự ấ là một đường phân biên trên giản đồpha, mô tả ự phân tách giữa các vùng có đố ứ s i x ng tinh th ể khác nhau theo tỉ ệ l thành phần Đối v i v t liớ ậ ệu áp điện/sắt điện MPB đóng một vai trò quan trọng trong vi c l a chệ ự ọn thành phần v t li u cho ch t o nhậ ệ ế ạ ằm thu được tình chất và

hi u ng vệ ứ ật lý cao nhất

Hình 1.6: Giản đồ pha c a dung d ch rủ ị ắn PZT (a) và (b) Hằng s ố điện môi và ệh

s kố ết cặ cơ điệ là hàm củp n a nồng độ PbZrO3trong PZT [22]

Vì dụ, điển hính là vật liệu áp điện truyền th ng nố ền chí [PbZrO3− xPbTiO3, PZT], c pha t ả ứ giác và mặt thoi cùng tồ ại trong các thành phần t n trung gian ởvùng biên pha hính thái họ Ởc nhiệt độ phòng, MPB nằm tại x = 0.47 (Hính 1.6a) Mặc dù trên thự ế MPB là mộc t , t dải thành phần ph ụ thuộc vào các tiền chấ ấ thành nên PZT và các điềt c u u ki n ch t o v t liệ ế ạ ậ ệu này MPB của PZT

g n vắ ới 14 hướng phân cực kh ả dĩ (6 hướng pha t ứ giác, 8 hướng pha m t thoi) ặ

có rào thế ấp Các hướng phân cực này được định hướ th ng tối ưu trong suốt quá trính phân cực gây ra các tình chất điện môi, áp điện n i tr i c a v t liổ ộ ủ ậ ệu (Hính 1.6b) Ngoài ra, những nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng, trong vùng biên pha

Trang 29

thực ch t t n tấ ồ ại đồng thời ba pha: t ứ giác, mặt thoi và đơn tà, tại đây có sự thay đổi đột ng t c a h ng s mộ ủ ằ ố ạng, do đó mà tại vùng này các tình chất vật lý của

vật liệu biến đ i dị thường.ổ

Trong nhi u v t li u sề ậ ệ ắt điện không chí cũng tồ ạn t i MPB Ch ng hẳ ạn, đố ới i v

h ệ Na0.5Bi0.5TiO3–BaTiO3 (NBT–BT ), MPB phân tách giữO a pha sắt điệ ứ giác n t

và pha mặt thoi tại thành phần 7% mol BaTiO3 (Hính 1.7a) và các tình chất điện môi, áp điện được tăng cường trong vùng này (Hính 1.7b)

Hình 1.7: (a) Giản đồ pha c a h ủ ệNBT BT- O và (b) Hằng s ố điện môi, áp điện

như một hàm của nồng độBTO [23]

Tuy nhiên, đồ ị th 1.7a cho th y MPB c a BNT BTO ấ ủ – khá cong, nên khi nhiệt

độ tăng, vật li u chuyểệ n trạng thái từ pha sắt điện sang ph n sả ắt điện r i m i sang ồ ớthuận điện [23]

M t s v t liộ ố ậ ệu không chí bên cạnh MPB còn tồn t i chuyạ ển pha cấu trúc sắt điệ − ắt điện s n, gọi là chuyển pha đa hính (PPT) PPT là điểm chuy n pha ph ể ụthuộc vào nhiệt độ Các kết qu ả nghiên cứu trên hệ BaZr0.2Ti0.8O3 – xBa0.7Ca0.3TiO3 (BZ – xT BCT) cho thấy các thông số có giá trị ực đạ ạ c i t i MPB (x = 50% mol BCT) 20 ở oC (Hính 1.8a) và PPT ở 50 oC (x = 32% mol BZT) (Hính 1.8b) [24]

Trang 30

Hình 1.8: (a) Giản đồ pha c a h ủ ệBZT-BCT và (b) Hệ ố áp điện như mộ s t hàm

c a nủ ồng độ BCT và nhiệ ộ t đ [24]

Chình khả năng phân cực được tăng cường tại các PPT làm cho các tình chất điện môi, sắt điệ và áp điện đạt giá trị ự đại Nhín chung, các điển c c m PPT thường ở trên nhiệt độ phòng, do đó, nhiều nghiên cứu tập trung vào việc bi n ếtình thành phần v t li u nhậ ệ ằm đưa PPT về nhiệt độ phòng

1.5 Tình hình nghiên cứu về ật liệu áp điện/sắt điện không chì trong và v

ngoài nước

Vật liệ áp điện không chí về cơ bản được phân thành hai loại:u

(i) V t li u cậ ệ ấu trúc pervoskite với công thức chung ABO3chẳng hạn như:

BaTiO3 (BT ), BaO xSr1-xTiO3 (BST), BaZryTi1-yO3 (BZT), Bi0.5(Na, K)0.5TiO3(BN T), KK 1-xNaxNbO3 (KNN), BiFeO3 (BFO) v.v …

(ii) V t li u cậ ệ ấu trúc non-pervoskite với công thức chung là Bi2An-1BnO3n+3,

AB2O6 vì dụ như: vật li u sệ ắt điện chứa Bi có cấu trúc lớp xen k ẽ(BLSF), đồng volfram (Ba,Sr)Nb2O6 v.v …

M i h v t liỗ ọ ậ ệu áp điện không chí cho một ho c mặ ột vài tình chất n i trổ ội

Do vậy để thay thế ậ v t li u truy n thệ ề ống PZT tùy mục đìch ứng d ng c th ụ ụ ể

Trang 31

mà người ta l a chự ọn các loại v t liậ ệu áp điện tương ứng Ch ng hẳ ạn như vật liệu cấu trúc perovskite thường được s dử ụng trong các thiết b truyị ền động,

c m biả ến và năng lượng cao, hay BLSF được s dử ụng cho các ứng d ng v b ụ ề ộ

lọc và thiết bị ộng hưởng c

Liên quan đến vấn đề môi trường và sức khỏe con người, t cu i nhừ ố ững năm

90 việc nghiên cứu v t liậ ệu áp điện không chí ngày càng được quan tâm đầu tư nghiên cứu và phát triển N lỗ ực tím kiếm v t li u ậ ệ perovskites không chí mới ch ủ

y u tế ập trung vào việc “ ắt chướ ” PZT, nghĩa là tím kiếm vùng biên pha hính b c thái họ và cung cấp các thuộc tình chủ ếu không phục y thuộc vào nhiệt độ [25] Các nguyên tố có độ phân cực ion cao, chi phì thấp và tác độ ìt ng n đế môi trường đượ tím kiếm và lực a ch n Do cọ ấu trúc điệ ử tương tự ủn t c a bismuth (Bi) và chí(Pb) v i c p ớ ặ điệ ử ựn t t do ở phân lớp 6 d s ễ dàng lai hóa ới nguyên tử oxy, các v

v t li u dậ ệ ựa trên natri-kali-bismuthtitanate (BNKT) đã được ập trung phát triểt n

t ừ năm 1991 Tuy nhiên, hệ ậ ệu này thường là Relaxor và có giản đồ pha khá v t li

phức tạp

Làn sóng nghiên cứu v t liậ ệu áp điện không chí thứ hai ph i k ả ể đến là giai đoạn sau công bố mang tình đột phá về ốm áp điệ g n kali natri niobate (KNN) c a ủSaito và các cộng s ự đăng trên tạp chì Nature năm 2004 [26] H v t liọ ậ ệu này cho đặc trưng áp điện tối ưu (hệ ố áp điệ s n d33 ~ 300 pC/N so với giá trị 200 pC/N

c a g m PZT) ủ ố ở giai đoạn chuy n tiể ếp đa hính Mặc dù vậy, h v t liọ ậ ệu này có nhược điểm là tình chất ph thu c mụ ộ ạnh vào nhiệt độ Nhiều nghiên cứu gần đây

đang tập trung vào biến tình thành phần hóa học nh m ằ ổn định nhiệt độ và tăng cường các tình chất áp điện c a vậ ệủ t li u

Năm 2009, Liu và Ren đề xu t m t l ấ ộ ộ trính phát triển h v t li u thay th PZT ọ ậ ệ ếtrên cơ sở ậ ệ v t li u n n barium titanate (BT), pha tề ạp Ca và Zr nh m tằ ạo ra “điểm ba” hoặc “vùng hộ ụ”, mà ở đó đồi t ng th i t n t i pha lờ ồ ạ ập phương, trực thoi, t ứgiác và mặt thoi [10,29] Mặc dù họ ậ v t liệu này cho nhiều đặc tình áp điện, điện môi và sắt điện n i trổ ội nhưng vẫn b h n ch b i giị ạ ế ở ản đồ pha ph c tứ ạp và nhiệt

độ chuyển pha Curie tương đối th p ấ

Tóm lại, tính hính nghiên cứu v v t liề ậ ệu áp điện không chí trên toàn thế ớ gi i

t ừ 1980 cho đến những năm gần đây có thể được minh h a mọ ột cách rõ nét trên

Trang 32

Hính 1.9 ả ề ố ợng các công trính nghiên cứu và bằng sáng chế Có thể ấc v s lư th y,

s ố liệu các công trính nghiên cứu tăng một cách đột bi n t ế ừ sau năm 2004 (Hính 1.9a) Nhiều nghiên cứu đã phát triển thành các ứng d ng (dụ ựa trên mô hính phát triển công ty nghiên cứu ki u spin-off) Mể ột điểm mới đáng chú ý là vật li u ệperovskites nền bismuth, đã tạo ra hướng nghiên cứu m i v v t liớ ề ậ ệu điện môi nhiệt độ cao cho lĩnh vực tìch trữ năng lượng Tương tự, những thành quả nghiên

c u v v t li u n n niobate tứ ề ậ ệ ề ạo ra hướng phát triển v v t li u ph n sề ậ ệ ả ắt điện ứng

dụng cho tìch trữ năng lượng và điệ ừn t (electrocalorics)

Hình 1.9: Thống kê số ợng các công trình nghiên cứ lư u v v t liề ậ ệu áp điện không

chì: a) về ặt công bố và b) bằng sáng chế m theo Web of Science

(https://clarivate.com/products/web-of-science) Các thanh màu biểu th ng ị ứ

d ng vụ ật liệu áp điện, trong khi đường tròn màu đen vớ i đư ờng nét đứ t biểu th

cho các ứng d ng m i ụ ớ

Theo xu th ế phát triển c a th gi i, v t liủ ế ớ ậ ệu áp điệ /sắt điệ không chí cũng n n đượ quan tâm nghiên cứ ởc u Vi t Nam M t s ệ ộ ố nhóm nghiên cứu đ ển hính như:iNhóm nghiên cứu do PGS TS Võ Duy Dần và TS Trương Văn Chương cùng các cộng s Trưự ở ờng Đạ ọi h c Khoa h c ọ – Đạ ọi h c Hu thựế c hiện các nghiên cứu

cơ bản v h v t li u g m ề ệ ậ ệ ố alkali niobiate và barium titanate [30-31] Nhóm nghiên cứu do PGS Lê Văn Hồng, TS Trần Đăng Thành thực hi n t i Vi n ệ ạ ệKhoa h c V t li u, th c hiọ ậ ệ ự ện các nghiên cứu cơ bản, phát triển v t liậ ệu áp điện không chí trên nền v t li u sậ ệ ắt điện (Ba,Ca)TiO3 pha t p m t s kim lo i chuy n ạ ộ ố ạ ểtiếp [30] Nhóm nghiên cứu do GS Nguyễn Văn Minh thực hi n tệ ại Trung tâm Nano, trường Đại học Sư phạm Hà Nội, th c hiự ện các nghiên cứu cơ bản v v t ề ậ

Trang 33

liệu sắt điện có cấu trúc perovskite như BiFeO3 pha t p Mn [31] ạ Nhóm nghiên

cứu do TS Đặng Đức Dũng thực hi n t i Vi n Vệ ạ ệ ật lý Kỹ thuật, trường Đại học Bách khoa Hà nội, th c hiự ện các nghiên cứu cơ bản v v t liề ậ ệu áp điện không chí

n n ề Bi0.5(Na,K)0.5TiO3 (BNKT) pha t p Li b ng ph n ng pha r n [32-33]ạ ằ ả ứ ắ Nhóm nghiên cứu do PGS.TS Phan Bách Thắng th c hi n t i Khoa Khoa hự ệ ạ ọc và Vật liệu, trường Đại h c Khoa h c T ọ ọ ự nhiên thành phố ồ Chì Minh, thự H c hiện các nghiên cứu v ề cơ bản v v t li u SrTiOề ậ ệ 3 pha t p Cr [34] ạ

cQua các hướng nghiên cứu và các công bố ủa các nhóm nghiên cứu, có thểthấ ằy r ng v t liậ ệu áp điện không chí đã và đang được quan tâm nghiên cứu m nh ạTuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu hi n nay m i d ng việ ớ ừ ở ệc nghiên cứu và chế

t o v t li u d ng m u kh i b ng ph n ng pha r n Vi c lạ ậ ệ ạ ẫ ố ằ ả ứ ắ ệ ắng đọng các vật li u ệnày trên các đế điện c c nh m ng dự ằ ứ ụng trong các linh kiện điệ ử và cản t m bi n ế

vẫn chưa đượ ậc t p trung nghiên cứu Như vậy có thể nhận th y viấ ệc nghiên cứu chế ạo màng mỏng áp điện không chí tìch hợp trên các linh kiệ t n c m bi n c n ả ế ầđượ ập trung nghiên cứu đồc t ng bộ, để có thể hính thành và phát triển hướng nghiên cứu v t li u m i v i tiậ ệ ớ ớ ềm năng ứng d ng cụ ác linh kiện này trong đờ ối s ng

xã hội

Chúng tôi hy vọng, nh ng k t qu ữ ế ả thu được trong quá trính thực hi n luệ ận văn

s ẽ góp phần làm phong phú thêm những thông tin về ậ v t liệu áp điện không chí,

nhất là đối với hệ ật liệ v u BSZT

Kết luận chương 1:

Nội dung của chương 1 tập trung vào mộ ố ấn đề chình sau:t s v

- Cơ sở lý thuyế ề ậ ệu perovskite, tình chấ ắt điệt v v t li t s n c a v t li u ủ ậ ệperovskite, sắt điện relaxor, biên pha hính thái học c a v t li u sủ ậ ệ ắt điện được trính bày với mục đìch cung cấp cái nhín sâu sắc v ề ảnh hưởng c a ủcác quá trính chuyển pha cấu trúc ới tình chấ ủ t t c a v t li u ậ ệ

- M t s k t qu n i b t g ộ ố ế ả ổ ậ ần đây trong việc nghiên cứu v t liậ ệu áp điện không chí nền BaTiO3 được trính bày trên cơ sở phân tìch ảnh hưởng c a viủ ệc pha t p ạ vào cấu trúc perovskite ABO3 đến tình chất cơ-quang-điện c a vủ ật liệu H u hầ ết các nghiên cứu đều khẳng định s c i thi n h s ự ả ệ ệ ố áp điện được quan sát ở trên liên quan đến s ự méo cấu trúc, sự chuy n pha t pha ể ừ

Trang 34

phân cực sang pha không phân cực và sự phát triển của pha phân cực trong ma trận pha không phân cực.

- Trên cơ sở đó chúng tôi đề ất nghiên cứ ổ xu u t ng hợp và ảo sát tình chất kh

của ệ màng mỏh ng sắt điện BSZT

Trang 35

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHI M

Chương này mô tả các quy trính thực nghiệm đượ ử ụng đểc s d ch tế ạo và khảo sát các đặc trưng tình chấ ủa màng mỏt c ng sắt điện BSZT T t c ấ ả các màng được

lắng đọng t ừ các đơn lớ thành phầp n b ng k ằ ỹ thuật quay ph ủ tiền ch t BSZT ấđược ch t o bế ạ ằng phương pháp sol gel Phương pháp này cũng đượ- c th o lu n ả ậ

ng n g n tronắ ọ g chương 2 này Các phép phân tìch vi cấu trúc, hính thái họ , cũng cnhư các đặc trưng tình chất điện của màng mỏng sắt điện BSZT cấu trúc kiể ụu t

s d ng trong luử ụ ận văn ẽ được đưa ra trong các phầ s n ti p sau ế

2.1 K thu t sol - gel ch tỹ ậ ế ạo màng mỏng BSZT

Phương pháp hóa sol gel đã được các nhà nghiên cứu quan tâm từ ất lâu (theo - r

m t s ộ ố tài liệu t nhừ ững năm 1800) để chế ạ t o g m s T nhố ứ ừ ững năm 1970, phương pháp này được nghiên cứu khá phổ biến, và ngày nay sol gel đượ ứ- c ng

d ng rụ ộng rãi trong khoa học đời s ng ố

Phương pháp hóa học sol-gel là một k thuỹ ật để ạ t o ra m t s s n phộ ố ả ẩm có hính dạng mong mu n (gố ốm, màng mỏng, s i gợ ốm…v.v) ở ấp độ nano Quá ctrính sol-gel ch tế ạo màng mỏng thường liên quan đến những phân tử alkoxide kim loại mà chúng sẽ ị thủ phân dướ b y i những điều ki n (nhiệ ệt độ, dung môi, độ

pH, xúc tác…v.v) được kiểm soát và ngay sau đó những chất này phả ứn ng v i ớnhau, ngưng tụ để hính thành liên kết c u kim lo i oxi kim lo i So v i ầ ạ – – ạ ớphương pháp vật lý thường được s dử ụng để ch tế ạo màng mỏng như epitaxy chùm phân tử, phún xạ ca t t, lố ắng đọng chùm laser PLD…v.v phương pháp sol-gel có ưu điểm là đơn giản, không đòi hỏi thi t b t tiế ị đắ ền do không cần môi trường chân không cao và linh hoạt trong vi c biệ ến đổi thành phần Do đó, phương pháp này được chúng tôi lựa ch n ch tọ ế ạo màng mỏng sắt điện không chí [(Ba0.85,Sr0.15)(Zr0.1,Ti0.9)O3, BSZT] Sơ đồ các bước cơ bản ch t o m u BSZT ế ạ ẫđược trính bày trên Hính 2.1

Trang 36

Hình 2.1: Sơ đồ ch t o m u BSZT bế ạ ẫ ằng phương pháp quay hóa Sol-gel Quá trính ạt o sol t ừ các tiền chất ban đầu (precursor) nói chung và sol BSZT nói riêng ảnh hưởng tr c ti p bự ế ởi quá trính thủy phân nguyên liệu ban đầu Quá trính tạo gel (d ng b t hoạ ộ ặc màng mỏng) sau đó liên quan trực ti p tế ới quá trính ngưng tụ các hydroxyl (–OH) kim lo i ạ

Nguyên liệu ch tế ạo sol thường dùng là muối ho c alkoxide cặ ủa các kim loại

với công th c chung là M(OR)ứ n Giai đoạ ạo sol đượn t c th c hi n bự ệ ằng cách phân tán alkoxide trong dung môi thìch hợp Quá trính hính thành các hạt sol khi đó cũng như cấ trúc và đặu c tình của chúng do hai phả ứn ng sau quyết định:

(i) Phản ứng thu ỷ phân: thay th ế nhóm alkoxide (–OR) trong liên kết kim loại –alkoxide bằng nhóm hydroxyl để ạo thành liên kế t t kim lo i hydroxyl theo ạ –phương trính phả ứn ng sau:

TINH TH Ể HÓA

QUAY PH Ủ (MẪU MÀNG)

Trang 37

(ii) Phản ứng ngưng tụ: tạo nên liên kết kim loạ –i oxide kim lo– ại, là cơ sở

cấu trúc cho các màng oxide kim loại hính thành bởi liên kết M O– –M Hiện tượng ngưng tụ diễn ra liên tục làm cho liên kết kim lo i –ạ oxide kim lo i – ạkhông ngừng tăng lên cho đến khi t o ra m t mạ ộ ạng lưới kim lo i oxide ạ – –kim lo i trong kh p dung d ch Phạ ắ ị ản ứng ngưng tụ được th c hi n theo ự ệphương trính phả ứng (2.3) và (2.4):n

          󰇛󰇜 hay

         󰇛󰇜 Các thông số ảnh hưởng ch yếu đến quá trính ngưng tụ: độủ pH, b n ch t ả ấalkoxide M, nồng độ ủ c a chất xúc tác, nhiệt độ, dung môi và tỉ ố s H2O/M

2.1.1 Quy trình chế ạo các tiề t n chất và sol BSZT.

Sol [(Ba0,85Sr0,15)(Ti0,9Zr0,1 )O3, BSZT] được ch t o t ế ạ ừ các muối Barium axetat, Strontium axetat và alkoxide Zr &Ti phân tán trong dung môi 2-methoxy ethanol (2-MOE) Thông số ật lý của các nguyên liệu này được trính bày trong v

Trang 38

Barium acetate [Ba(CH3COO)2], strontium acetate Sr(CH3COO)2, zirconium

n-propoxide [Zr (OC3H7)4], và titanium isopropoxide [Ti(OC3H7)4] được s d ng ử ụ

làm nguyên liệu ban đầu Axit axetic, 2-MOE được s dử ụng làm dung môi

Ba(CH3COO)2 được đun nóng và hòa tan trong axit axetic Zirconium n

-propoxide và titan iso-propoxide trộn theo t l ỷ ệ được xác định trước

(Ba0.85Sr0.15Zr0.1Ti0.9O3), sau đó phân tán trong dung môi 2-MOE, trong điều ki n ệ

khuấy liên tục và gia nhiệt ở 120 oC trong 5 gi ờ

Ba(CH3COO)2 + Sr(CH3COO)2

trong 3 giờ

Trang 39

Sau khi h nhiạ ệt đến nhiệt độ phòng, Acac và FM được thêm vào để làm bền dung dịch và tăng độ nhớt và giảm nứt gãy khi phủ màng Dung dịch đã khuấy trộn và hồi lưu trong 1 g ời Nồng độ dung d ch cuị ối cùng được điều chỉnh thành 0.25 M Sau đó dung dịch đư c b o qu n trong t l nh h n ch s tiợ ả ả ủ ạ để ạ ế ự ếp xúc của không khì với sol

2.1.2 Quy trình chế ạo màng mỏ

Màng mỏng BSZT đượ ắng đọng trên đếc l Pt/Ti/SiO2/Si(100) [Pt] và oxit dẫn điện LaNiO3/ Ti/SiO2/Si(100) [LNO]; SrRuO3/Ti/SiO2/Si(100) [SRO] b ng ằphương pháp quay phủ sol-gel (Hính 2.3)

Hình 2.3: Quy trình quay phủ ch tế ạo màng BSZT.

Trang 40

Dung dịch sol được lắng đọng trên các đế điện c c v i tự ớ ốc độ 3000 vòng/phút trong 30 giây bằng máy quay phủ Spincoater 150i tại phòng sạch, Viện ITIMS (Hính 2.4) Màng BSZT đượ ạo trên các đếc t đi n cệ ực khác nhau

bằng phương pháp quay phủ sol gel ỗ ớp màng ướt đượ- M i l c sấy khô ở 150 °C trong 5 phút, sau đó đượ ủ sơ bộ ở 450 °C trong 10 phút Quy trính trên được c

l p l i t 6-10 lặ ạ ừ ần để có được độ dày màng như mong muốn Sau đó, toàn bộmàng đượ ủ ết tinh trong lò nung (TF 55030C, Lindberg Blue M) trong 30 c kphút ở nhi t đ 600 ệ ộ – 750 °C

Hình 2.4: Hệ quay ph mủ ẫu màng BSZT tại Vi n ITIMS

2.2 Quy trình quang khắc ch tế ạo điện cực cho màng BSZT (cấu trúc MIM)

Để nghiên cứu tình điện c a v t liủ ậ ệu, điện cực trên thường là kim loại quý như

Au, Pt (dày ~100 nm) được phún xạ lên trên bề mặt màng BSZT bằng k thu t ỹ ậquang kh c truy n th ng s d ng m t n ắ ề ố ử ụ ặ ạ Cr để ạ t o ra cấu trúc tụ điện, kim loại−cách điện−kim loại (MIM) Diện tìch của các điện cực trên được thi t k ế ếtrên mặ ạt n Cr lần lượt là 0.0009; 0.0036; 0.01; 0.025 và 0.04 mm2 Chi tiết các bước ch tế ạo điện cực cho màng sắt điện trên cơ ở công nghệ vi điệ ử được mô s n t

Ngày đăng: 26/01/2024, 15:46

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w