CHƢƠNG 3 KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CÁC HỆ MÀNG MỎNG
3.3. Ảnh hƣởng của đế lên tính chất điện của màng mỏng PZT
3.3.3. Tính chất điện của màng PZTN500 trên các loại đế
Hình 3.30 là đặc trƣng điện trễ P-E của của màng mỏng PZTN500 chế tạo
trên các đế sc-STO(111), pc-STO và thủy tinh. Đặc trƣng P-E của màng PZTN500 chế tạo trên các đế STO thể hiện rất rõ dạng đƣờng cong trễ điện của một vật liệu sắt điện ngay cả khi thế áp chỉ khoảng 1,6 V. Khi điện thế tăng lên 3,2 V, đƣờng điện trễ đã thể hiện đặc tính bão hịa rõ ràng (màng đã đƣợc phân cực hồn tồn), có tính đối xứng cao. Độ phân cực dƣ (Pr) và trƣờng kháng điện (2EC) ở thế áp là 8 V (hay điện trƣờng là 500 kV/cm) là 37,32 μC/cm2, 100 kV/cm với mẫu chế tạo trên đế sc-STO và 26,51 μC/cm2, 90 kV/cm đối với mẫu chế tạo trên đế pc-STO. Có một điểm lƣu ý là đặc trƣng trễ điện của màng mỏng PZT chế tạo trên đế pc-STO đƣợc
500 nm 500 nm
1000 nm
88
thu hẹp lại theo chiều ngang. Sự thu hẹp này sẽ làm cho diện tích đƣờng cong điện trễ giảm, làm giảm năng lƣợng cần thiết để lật đômen sắt điện trong vật liệu PZT. Tuy nhiên, trong ứng dụng làm linh kiện nhớ sắt điện, sự thu hẹp đƣờng cong điện trễ đồng thời sẽ gây khó khăn trong việc nhận biết trạng thái đóng hay trạng thái mở của bộ nhớ sắt điện. Chính vì vậy, cần cân nhắc lợi ích của việc giảm năng lƣợng này với tác dụng khơng mong muốn mà nó đem lại.
Hình 3.30. Đặc trưng điện trễ (P-E) của màng mỏng PZTN500 trên các loại đế (a)
sc-STO, (b) pc-STO và (c) thủy tinh.
Trên Hình 3.30 (c) là đặc trƣng trễ điện P-E của của màng mỏng PZTN500
chế tạo trên đế thủy tinh với điện áp thay đổi từ 1,6 V đến 9,6 V. Đặc trƣng P-E cho thấy rất rõ đƣờng cong trễ điện của một vật liệu sắt điện đƣợc thể hiện khi thế áp khoảng 3,2 V. Khi thế tăng áp lên 8 V, đƣờng điện trễ thể hiện đặc tính bão hịa rõ ràng, có tính đối xứng cao, độ phân cực dƣ (Pr) của mẫu khoảng 20,62 μC/cm2. Đặc
(a) (b) Điện trƣờng (kV/cm) Điện trƣờng (kV/cm) Đ ộ ph ân c ực ( μC/cm 2 ) Đ ộ ph ân c ực ( μC/cm 2 )
89
trƣng điện trễ của màng mỏng PZTN chế tạo trên đế thủy tinh có độ nghiêng hơn (khơng vng vức) so với chế tạo trên đế sc-STO hay pc-STO, giống với dáng điệu đƣờng cong điện trễ của vật liệu có chuyển pha sắt điện nhịe nhƣng Pr và EC lớn hơn rất nhiều. Lực kháng điện 2EC khoảng 300 kV/cm khi thế áp là 8 V.
Đặc trƣng dòng rò J-t của màng mỏng sắt điện PZTN500 chế tạo trên đế sc- STO và pc-STO và đế thủy tinh đƣợc chỉ ra trên Hình vẽ 3.31. Mật độ dịng rị của mẫu ở thế áp 8 V đƣợc xác định lần lƣợt là 35,77; 66,21 và 136,05 μA/cm2.
Bảng 3.7. Các giá trị độ phân cực dư, độ phân cực bão hòa, dòng rò, trường kháng
điện của màng mỏng PZT chế tạo trên các loại đế sc-STO, pc-STO và thủy tinh.
Loại đế Pr (μC/cm2) PS (μC/cm2) Jrò (A/cm2) 2EC (kV/cm)
Sc-STO 37,32 59,09 35,77 ~ 100
Pc-STO 26,51 54,11 66,21 ~ 90
Thủy tinh 20,62 44,36 136,05 ~ 300
Bảng 3.7 là các thơng số phân cực dƣ và dịng rị của các mẫu PZT chế tạo trên các loại đế sc-STO, pc-STO và thủy tinh. Có thể thấy ảnh hƣởng của từng loại đế lên tính sắt điện của màng mỏng PZT là rất rõ ràng. Tuy nhiên, với cả ba loại đế sc-STO, pc-STO và thủy tinh, màng mỏng PZT đều thể hiện tính sắt điện mạnh, có
Pr cao, EC và dịng rị đủ nhỏ để có thể ứng dụng làm linh kiện nhớ sắt điện.
Hình 3.31. Đặc trưng J(V) của màng mỏng PZTN500 trên các loại đế (a) sc-STO,
(b) pc-STO và (c) thủy tinh.
90