3.2. Khảo sát tính chất tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/TiO 2 /SiO 2 /Si
3.2.3. Tính chất điện của tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/TiO 2 /SiO 2 /Si
Cấu trúc của tụ điện sắt điện được hình thành như trên hình 3.8. Trong cấu trúc này, phần chế tạo điện cực đáy Pt/TiO2/SiO2/Si và lớp sắt điện PZT đã được khảo sát chi tiết như ở trên. Lớp điện cực trên Pt có độ dày khoảng 100 nm cũng được chế tạo từ việc sử dụng hệ phún xạ Jeol JFC-1200. Diện tích tròn của các tụ điện được tạo hình từ mặt nạ kim loại có các lỗ tròn đường kính 100, 200, 500 μm như đã trình bày ở chương 2 phần thực nghiệm.
Hình 3.8: Cấu trúc tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/TiO2/SiO2/Si.
a. Trước khi ủ điện cực trên Pt
Để đánh giá khả năng hoạt động của tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/TiO2/SiO2/Si, chúng tôi tiến hành đo đặc trưng điện trễ độ phân cực phụ thuộc vào điện trường (P- E: polarization – electric field) và đặc trưng dòng rò của vật liệu sắt điện phụ thuộc thời gian (I-t) như lần lượt chỉ ra trên Hình 3.9 và Hình 3.10. Trong trường hợp này, điện cực trên Pt(100 nm), tương ứng với thời gian phún xạ 8 phút, chưa được ủ nhiệt. Đối với đặc trưng điện trễ P-E, tụ điện sắt điện được tác dụng hiệu điện thế
Trường ĐHKHTN 47 ĐHQGHN ĐH dạng sin có biên độ thay đổi từ 1V đến 5 V, tương ứng với điện trường thay đổi từ
50kV/cm đến 250 kV/cm vì độ dày của màng mỏng PZT khoảng 200 nm.
Hình 3.9: Đặc trưng điện trễ (P-E) của tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/TiO2/SiO2/Si trước khi ủ điện cực Pt trên.
Hình 3.10: Đặc trưng dòng rò phụ thuộc thời gian (I-t) của tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/TiO2/SiO2/Si trước khi ủ điện cực Pt trên.
Hình 3.9 cho thấy khi điện thế thay đổi từ 1V đến 3 V, đặc trưng trễ chưa xuất hiện, nhưng khi điện thế tăng lên 4V và 5 V thì đặc trưng điện trễ bắt đầu xuất hiện.
Điều này có thể được giải thích là do quá trình phún xạ điện cực trên Pt ở nhiệt độ phòng không thể phá vỡ lớp ôxít chì PbO thường xuất hiện ở bề mặt PZT. Chính
Trường ĐHKHTN 48 ĐHQGHN ĐH lớp này làm giảm điện trường tác dụng lên lớp sắt điện PZT, và dẫn tới không đủ
năng lượng để quay và lật các phân cực điện trong vật liệu sắt điện. Hình 3.10 cho thấy đặc trưng dòng rò phụ thuộc vào thời gian (I-t) khi điện thế tác dụng thay đổi từ 1V đến 5 V. Có thể thấy xu hướng tăng dòng rò khá rõ rệt khi điện trường tác dụng lên lớp sắt điện tăng. Dòng rò lớn nhất xuất hiện vào khoảng 1,2×10-5 A, khi điện thế tác dụng là 5 V, hay điện trường là 250 kV/cm. Giá trị dòng rò khá lớn này cần được cải thiện thông qua việc ủ điện cực hoặc cải thiện chất lượng màng mỏng sắt điện PZT.
b. Sau khi ủ điện cực trên Pt
Để cải thiện đặc trưng P-E và I-t của tụ điện Pt/PZT/Pt/TiO2/SiO2/Si, quy trình ủ tại 450oC, trong môi trường không khí sạch, thời gian 15 phút được thực hiện để cải thiện lớp tiếp xúc giữa điện cực trên Pt và PZT.
Hình 3.11: Đặc trưng điện trễ (P-E) của tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/TiO2/SiO2/Si sau khi ủ điện cực Pt trên.
Kết quả khảo sát sau khi ủ được chỉ ra trên Hình 3.11 và Hình 3.12. Từ đặc trưng P-E trên Hình 3.11 có thể thấy rằng đường cong điện trễ có xu hướng ổn định
Trường ĐHKHTN 49 ĐHQGHN ĐH hơn so với trước khi ủ (Hình 3.9) tại các điện thế tác dụng 1 V, 2 V và 4 V, nhưng
có xu hướng suy giảm tính chất sắt điện tại 3 V và 5 V.
Hình 3.12: Đặc trưng dòng rò phụ thuộc thời gian (I-t) của tụ điện sắt điện Pt/PZT/Pt/TiO2/SiO2/Si sau khi ủ điện cực Pt trên.
Đặc trưng dòng rò I-t trên Hình 3.12 cho thấy dòng rò có xu hướng giảm rõ rệt, giá trị dòng rò lớn nhất là khoảng 5×10-8 A tại điện thế 10 V, thấp hơn gần 3 bậc so với trước khi ủ điện cực (Hình 3.10). Từ những kết quả này có thể nhận định là quy trình ủ có hiệu ứng rõ rệt trong việc đánh thủng lớp PbO cũng như ổn định cấu trúc tụ điện Pt/PZT/Pt hơn.