Lớp Ag Màng BTO
3.3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Fe thay thế cho ti lên phổ tán xạ Raman của màng mỏng BTFO
xạ Raman của màng mỏng BTFO
Để có thêm thông tin về ảnh hưởng của sự thay thế Fe cho Ti lên cấu trúc của màng, đặc biệt là nồng độ ngưỡng của x bắt đầu xảy ra sự chuyển pha cấu trúc từ t-BTO sang h-BTO, chúng tôi đã sử dụng phương pháp phổ tán xạ Raman (RS). Kết quả đo phổ tán xạ Raman của các màng mỏng trong khoảng số sóng từ 100-1050 cm-1 với bước sóng của nguồn kích thích là 488 nm được trình bày trên Hình 3.16.
Từ kết quả thu được chúng ta thấy rằng, trên phổ RS của màng đã quan sát thấy các đỉnh đặc trưng chủ yếu của các mode tích cực Raman trong mẫu gốm khối có thành phần tương ứng. Thông tin này một lần nữa khẳng định rằng màng
200 400 600 800 1000 1200 x = 0.01 x = 0.02 x = 0.03 x = 0.04 x = 0.07 x = 0.10 x = 0.12 719 520 306 200 400 600 800 x = 0.0 265 635 * * *
Hình 3.16. Phổ tán xạ Raman của các màng mỏng BTFO đo ở nhiệt độ phòng Cư ờng độ (đ. v.t.y) Số sóng (cm-1) Số sóng (cm-1) Cư ờn g độ ( đ. v. t.y )
mỏng chế tạo có chất lượng tốt, sạch pha và hợp thức với vật liệu bia. Khi nồng độ thay thế x = 0, các giá trị năng lượng tán xạ thu được trùng khớp với các mode dao động Raman tích cực trong pha t-BTO với các đỉnh mạnh đặc trưng ở gần 265, 306, 520 và 719 cm-1. Các kết quả này hoàn toàn trùng khớp với nhiều công bố về phổ RS của màng mỏng BTO[1,10,14,15]. Theo đó thì nguyên nhân của các đỉnh tán xạ đã được giải thích thỏa đáng. Cụ thể là: đỉnh gần 265 cm-1
ứng với mode dao động A1(TO3); đỉnh gần 306 cm-1 ứng với mode dao động E(LO) và E (TO) và có liên quan đến chuyển pha tetragonal - cubic; đỉnh không đối xứng và rộng ở gần 519 cm-1 ứng với mode dao động A1 (TO3) và B1; cuối cùng là một đỉnh mảnh và yếu gần 719 cm-1 ứng với mode A1 (LO3) và E (LO3).
Khi nồng độ pha tạp x tăng các đỉnh ở gần 265 và 520 cm-1 có cường độ giảm mạnh, mở rộng và thay đổi nhẹ về phía số sóng nhỏ hơn. Kết này cho thấy nồng độ thay thế Fe cho Ti ảnh hưởng lên sự hình thành pha cấu trúc cả về tỷ phần pha cũng như về kích thước hạt tinh thể. Song song với sự giảm mạnh cường độ của các đỉnh đặc trưng cho cấu trúc t-BTO khi x 0,03 là sự xuất hiện của các đỉnh tại vị trí gần 154, 218 và 635 cm-1 mà chúng tôi ký hiệu là hình sao và các đường mảnh chấm chấm trong Hình 3.16. Các đỉnh này được chúng tôi cho rằng chính là các đỉnh đặc trưng của cấu trúc h-BTO của màng mỏng vật liệu BTFO. Quan sát trên phổ RS ta cũng thấy, khi x = 0,07 trên các mẫu màng còn quan sát thấy đỉnh gần 490 cm-1 đặc trưng cho pha h-BTO. Kết quả này rất phù hợp với kết quả của tác giả [1,10,14].
Quan sát trên phổ RS chúng ta cũng thấy rằng đỉnh mạnh nhất ở gần 635 cm-1 đặc trưng cho cấu trúc h-BTO của vật liệu BTFO bắt đầu xuất hiện trong các mẫu có nồng độ thay thế x = 0,03 chứng tỏ cấu trúc h-TBO bắt đầu được hình thành trong các màng mỏng BTFO khi x = 0,03. Khi nồng độ thay thế x = 0,12 ta hầu như không quan sát thấy các đỉnh đăc trưng cho cấu trúc t-
BTO vì các đỉnh này có cường độ yếu, chứng tỏ tỷ phần pha tinh thể t-BTO trong mẫu còn rất nhỏ. Mặt khác, từ Hình 3.16 ta cũng thấy đỉnh gần 635 cm-1 có cường độ lớn nhất khi x = 0,1 sau đó giảm dần và dịch về phía năng lượng cao khi x = 0,12. Có thể với các mẫu có nồng độ Fe cao, sự có mặt với mật độ lớn của các ion Fe3+ (có bán kính ion lớn hơn so với Ti4+) làm rối loạn cấu trúc tinh thể, kích thích các mode dao động bất thường và làm giảm cường độ dao động của mode 636 cm-1. Có một số khác biệt giữa phổ RS của màng mỏng và phổ RS của mẫu khối đó là: (i) Cường độ của nền tại số sóng thấp trong phổ RS của màng lớn hơn và tín hiệu RS thu được trên màng nhiễu hơn; (ii) Các đỉnh đặc trưng trong phổ RS của màng có độ rộng lớn hơn; (iii) Vị trí đỉnh trong phổ Raman của màng mỏng có thể cao hơn hoặc thấp hơn so với mẫu khối tùy thuộc vào sự biến dạng của màng; (iv) Đỉnh ở gần 490 cm-1[E (TO)] [14,15] rất khó quan sát thấy trên mẫu khối nhưng thể hiện rất rõ trong tất cả các mẫu màng mỏng có nồng độ Fe thay thế cho Ti cao và đây có thể là một định hướng ưu tiên đặc trưng trong các mẫu màng mỏng BTFO.
KẾT LUẬN
1. Chúng tôi đã khảo sát và xây dựng được quy trình công nghệ cho phép chế tạo màng mỏng BaTiO3 và BaTi1-xFexO3 (0,0 ≤ x ≤ 0,12) có chất lượng tốt bằng phương pháp bốc bay chùm tia laser. Màng mỏng sau khi chế tạo có thành phần hợp thức với thành phần của vật liệu sử dụng làm bia bốc bay.
2. Kết quả phân tích XRD và RS của các mẫu màng lắng đọng lên trên đế Si (111) cho thấy màng hoàn toàn sạch pha, có chiều dày khoảng 100 nm và định hướng (111) chiếm ưu thế. Kích thước hạt của màng giảm khi nồng độ Fe thay thế Ti tăng.
3. Có sự cạnh tranh mạnh mẽ giữa cấu trúc tứ giác và lục giác trong vật liệu khi nồng độ Fe thay thế cho Ti tăng. Cấu trúc lục giác bắt đầu được hình thành khi x = 0,03 và đồng tồn tại trong mẫu khi 0,03 x 0,12 ngay tại nhiệt độ phòng.
Đây mới chỉ là những kết quả bước đầu trong quá trình nghiên cứu về màng mỏng vật liệu điện môi, sắt điện, sắt từ và multiferroic. Tuy nhiên, lại là những kết quả rất quan trọng, có vai trò tạo cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo chuyên sâu về tính chất và ứng dụng của vật liệu.