CHƢƠNG 3 KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CÁC HỆ MÀNG MỎNG
3.1. Khảo sát tính chất của các màng mỏng sắt điện (BLT, PZT)
3.1.2.2. Tính chất điện của màng mỏng PZT ủ nhiệt nhanh
a. Đặc trưng điện trễ
Đặc trƣng trễ điện của màng PZTN đƣợc biểu diễn trên Hình 3.14. Với mẫu PZTN425, đặc trƣng P(E) khơng có dạng của đƣờng trễ sắt điện mà có dạng tuyến tính của một vật liệu thuận điện. Kết quả này là phù hợp với kết luận mẫu PZTN425 chƣa kết tinh đã đƣợc trình bày trong kết quả nhiễu xạ tia X ở phần 3.1.2.1.
500 nm 500 nm 500 nm
500 nm 500 nm
(f)
70
Hình 3.14. Đặc trưng P-E của các mẫu (a) PZTN425, (b) PZTN450, (c) PZTN475,
(d) PZTN500, (e) PZTN550 và (f) đặc trưng P(E) của các mẫu ở thế áp 4 V.
Đối với các mẫu PZTN450, PZTN475, PZTN500 và PZTN550 chƣa có dạng trễ đặc trƣng của vật liệu sắt điện ở điện trƣờng áp 50 kV/cm. Khi tăng điện trƣờng áp vào các mẫu tăng lên 100, 150, 200 và 250 kV/cm, đƣờng cong P(E) của các
PZTN425 PZTN450 PZTN475 PZTN425 PZTN450 PZTN475 PZTN500 PZTN550
71
mẫu có dạng trễ điện đặc trƣng của vật liệu sắt điện (màng đã đƣợc phân cực), chƣa bão hòa ở điện trƣờng áp 250 kV/cm và có tính đối xứng khơng cao. Độ phân cực dƣ của các mẫu khá lớn, trƣờng kháng điện nhỏ. Mẫu PZTN500 có phân cực dƣ lớn nhất (20,46 μC/cm2) và trƣờng kháng điện nhỏ nhất (62,00 kV/cm) ở thế áp 4 V.
b. Đặc trưng mật độ dịng rị phụ thuộc điện trường J(E)
Hình 3.15. Đặc trưng mật độ dòng rò phụ thuộc vào điện trường của mẫu PZTN.
Hình 3.15 là đặc trƣng J(E) của hệ mẫu PZTN. Khi bắt đầu áp dụng điện
trƣờng thì mật độ dịng tăng rất nhanh nhƣng sau đó tăng tuyến tính theo E, đặc trƣng J(E) trong vùng này tuân theo định luật Ohm. Tại điện trƣờng áp 250 kV/cm, mẫu PZTN500 có giá trị mật độ dòng nhỏ nhất (18,46 A/cm2). Giá trị mật độ dòng rò của các mẫu còn lại là 72,18; 303,44; 37,41 và 141,41 A/cm2 lần lƣợt tƣơng ứng với PZTN425; PZTN450; PZTN475 và PZTN550.
c. Đặc trưng mật độ dòng rò phụ thuộc thời gian J(t)
Kết quả đo dòng rò của hệ mẫu PZTN đƣợc thể hiện trên Hình 3.16. Ở các thế áp nhỏ (< 3,2 V) thì mật độ dịng rị của các mẫu tƣơng đối nhỏ (~ 30,00 40,00 A/cm2). Khi thế áp lên các màng tăng dần thì giá trị của mật độ dịng rị cũng tăng theo. Hình 3.16 (f) là giá trị mật độ dòng rò của các mẫu ở thế áp 4 V, mật độ dòng rò của mẫu theo nhiệt độ ủ tăng dần lần lƣợt là 72,17; 58,34; 37,56; 18,39 và 141,30 A/cm2. Với quy trình ủ nhiêt tăng nhiệt nhanh, khi nhiệt độ ủ tăng đến khoảng 550
oC, một lƣợng nhỏ Pb bị bay hơi làm suất hiện pha Pb-O (rất nhỏ) trong vật liệu PZT mặc dù trên giản đồ nhiễu xạ không phát hiện ra sự tồn tại của pha này. Vì vậy, mẫu PZTN550 có dịng rị lớn hơn các mẫu cịn lại là do có sự đóng góp của Pb-O vào dịng rị của mẫu.
72
Hình 3.16. Đặc trưng J(t) của hệ PZTN, (a) PZTN425, (b) PZTN450, (c) PZTN475,
(d) PZTN500, (e)PZTN550 ở thế áp 0,8 4 V và (f) của các mẫu ở thế áp 4 V.
Bảng 3.3 là các giá trị phân cực dƣ, trƣờng kháng điện và mật độ dòng rò của các mẫu ứng với điện trƣờng áp là 250 kV/cm. Các màng PZTN500 và PZTN550 thể hiện tính sắt điện rất mạnh, phân cực dƣ lớn, trƣờng kháng điện nhỏ, đáp ứng tốt yêu cầu ứng dụng vào trong bộ nhớ sắt điện. Tuy nhiên, với mục đích thay thế đế
73
Si/SiO2 bằng các loại đế có độ nóng chảy thấp, rẻ tiến hơn (thủy tinh) hay các loại đế có khả năng uốn cong (lá đồng, lá nhơm...) thì lựa chọn PZTN500 là tối ƣu.
Bảng 3.3. Phân cực dư, trường kháng điện, mật độ dòng rò của hệ mẫu PZTN.
Mẫu PZTN425 PZTN450 PZTN475 PZTN500 PZTN550
Pr (μC/cm2) - 16,67 17,68 20,46 19,15
EC (kV/cm) - ~ 70,00 ~ 65,00 ~ 62,00 ~ 68,00
Jrò (μA/cm2) 72,17 58,34 37,56 18,39 141,30
Nhƣ vậy, BLT725, PZT600 và PZTN500 là các mẫu có tính sắt điện mạnh nhất của các hệ mẫu đã đƣợc khảo sát, thông số sắt điện của chúng đƣợc tổng hợp trong bảng 3.4. Các giá trị thu đƣợc tƣơng đƣơng với kết quả của một số tác giả khác [15, 41].
Bảng 3.4. Các thông số sắt điện của các mẫu BLT725, PZT600 và PZTN500.
Nhiệt độ ủ (o C) Pr (μC/cm2) EC (kV/cm) Jrò (μA/cm2) BLT725 725 9,82 ~ 50,00 29,77 PZT600 600 22,79 ~ 80,00 19,51 PZTN500 500 20,46 ~ 62,00 18,39 Từ bảng 3.4 và bảng 3.3 ta thấy màng mỏng PZTN có độ phân cực dƣ lớn, trƣờng kháng điện và dịng rị nhỏ có thể ứng dụng chế tạo các bộ nhớ sắt điện. Vì vậy sẽ có thêm nhiều khảo sát khác trên màng mỏng PZTN ở các mục tiếp theo.