3.3. Khảo sát tính chất của tụ điện Pt/PZT/Pt trên đơn tinh thể STO(111)
3.3.5 Tính chất điện của tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/STO(111)
Tương tự như phần tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/TiO2/SiO2/Si, chúng tôi chế tạo tụ điện Pt/PZT/Pt/STO(111) có cấu trúc như Hình 3.19. Trong cấu trúc này lớp điện cực đáy Pt có độ dày chỉ 50 nm, khác với độ dày 200 nm của tụ điện Hình 3.8. Quy trình và điều kiện chế tạo các lớp màng mỏng trong cấu trúc của hai tụ điện khá giống nhau, chỉ trừ đế và độ dày lớp điện cực đáy Pt.
Hình 3.19: Cấu trúc tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/STO(111).
a. Đặc trƣng điện trễ của tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/STO(111)
Hình 3.20 và Hình 3.21 là kết quả đo đặc trưng điện trễ P-E của tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/STO(111) trước và sau khi ủ nhiệt tại 450oC, môi trường không khí trong thời gian 15 phút, như đã phân tích trong phần kết quả tụ điện Pt/PZT/Pt/TiO2/SiO2/Si.Kết quả đo được thực hiện trên các tụ điện có diện tích tròn đường kính 500 m, điện thế tác dụng thay đổi từ 1 V đến 5 V, để dễ dàng so sánh với các kết quả P-E thu được trên Hình 3.9 và Hình 3.11. Từ kết quả trên Hình 3.20 có thể thấy rằng, đặc trưng điện trễ P-E thể hiện rất rõ ràng, ngay cả khi điện thế tác dụng chỉ khoảng 2 V. Khi điện thế tăng lên 3 V, đường điện trễ đã thể hiện đặc tính bão hòa rõ ràng, có tính đối xứng cao. Độ phân cực dư (Pr) khi điện trường bằng không thu được là khoảng 38 C/cm2 ứng với điện thế tác dụng là 5 V (hay điện trường là 250 kV/cm). Giá trị này lớn hơn rất nhiều so với Pr = 5 C/cm2 của tụ điện Pt/PZT/Pt/TiO2/SiO2/Si như trên Hình 3.9. Sự cải thiện rõ ràng về tính chất sắt điện của tụ điện sắt điện cho thấy vai trò hỗ trợ mọc định hướng của đế đơn tinh thể STO(111) so với đế SiO2/Si. Ngoài ra, kết quả này cũng khá phù hợp với kết quả
Trường ĐHKHTN 55 ĐHQGHN ĐH phân tích nhiễu xạ tia X trên Hình 3.6 và Hình 3.16 khi so sánh hai tụ điện, ở đó
cường độ của đỉnh PZT(100) chiếm ưu thế trong trong tụ điện Pt/PZT/Pt/TiO2/SiO2/Si mà có thể làm cho tính chất của màng mỏng PZT giảm đi rõ rệt.
Từ Hình 3.20, chúng tôi cũng xác định lực kháng điện 2Ec thay đổi từ khoảng 140 kV/cm tương ứng với điện thế tác dụng 2 V đến khoảng 180 kV/cm tương ứng với điện thế tác dụng 5 V.
Hình 3.20: Đặc trưng điện trễ (P-E) của tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/STO(111) trước khi ủ điện cực Pt trên.
Tương tự như phần khảo sát tụ điện Pt/PZT/Pt/TiO2/SiO2/Si, Hình 3.21 cho thấy ảnh hưởng của quá trình ủ điện cực trên Pt ảnh hưởng rõ rệt đến đường cong điện trễ P-E của tụ điện Pt/PZT/Pt/STO(111). Có thể ước tính giá trị Pr = 25
C/cm2 và 2Ec = 100 kV/cm sau khi ủ, trong đó cả Pr và 2Ec đều nhỏ hơn rõ rệt so với kết quả thu được trên Hình 3.20. Tuy nhiên, mức độ đối xứng của các đường điện trễ cải thiện hơn sau khi ủ, và tính điện trễ thể hiện ngay cả khi điện thế tác dụng là 1 V ở trên Hình 3.21. Kết quả này là minh chứng rõ ràng cho hiệu quả ủ nhiệt cải thiện tiếp xúc giữa điện cực trên Pt và lớp sắt điện PZT, từ đó nâng cao được tính chất của màng mỏng sắt điện.
Trường ĐHKHTN 56 ĐHQGHN ĐH
Hình 3.21: Đặc trưng điện trễ (P-E) của tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/STO(111) sau khi ủ điện cực Pt trên.
b. Đặc trƣng dòng rò của tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/STO(111)
Đặc trưng dòng rò I-t của tụ điện Pt/PZT/Pt/STO(111) cũng được đo trước và sau khi ủ thực hiện quy trình ủ điện cực. Kết quả thu được chỉ ra trên Hình 3.22 và Hình 3.23.
Hình 3.22: Đặc trưng dòng rò phụ thuộc thời gian (I-t) của tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/STO(111) trước khi ủ điện cực Pt trên.
Trường ĐHKHTN 57 ĐHQGHN ĐH Trước khi ủ điện cực, dòng rò còn khá cao khoảng 2×10-4 A và chưa ổn định
khi thời gian tăng, ứng với trường hợp điện thế tác dụng là 5 V, như trên Hình 3.22.
Tuy nhiên, sau khi ủ, dòng rò đã giảm xuống khoảng 1×10-5 A ứng với điện thế tác dụng 5 V. Kết quả này cũng minh chứng cho quy trình ủ điện cực là cần thiết để ổn định bề mặt tiếp xúc và làm giảm dòng rò, nhằm nâng cao hiệu suất hoạt động của thiết bị, đặc biệt giảm tiêu hao năng lượng hao phí khi thiết bị ở trạng thái nghỉ.
Hình 3.23: Đặc trưng dòng rò phụ thuộc thời gian (I-t) của tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/STO(111) sau khi ủ điện cực Pt trên.