On the effects of stresses in ferroelectric (Pb,Ca)Tio3 thin films

Mendiola, J.; Calzada, M. L.; Ramos, P.; Martı́n, M. J.; Agulló-Rueda, F.

doi:10.1016/s0040-6090(97)00698-6

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“…1,2 In recent years there is an increasing interest in lead titanate, PbTiO 3 , with compositional modifications at Pb and Ti sites by Ca, Sr, La, and Zr, respectively, due to their potential applications, such as infrared sensors, electro-optic devices, ferroelectric memories and so on. [3][4][5] Among these materials, ͑Pb,Ca͒TiO 3 ͑PCT͒ has recently attracted much attention for use in pyroelectric devices and ferroelectric memories, particularly as nonvolatile ferroelectric random access memories ͑NVFRAMs͒ due to the promise of high speed, radiation hardness, high remanent polarization, high dielectric constant, and low power consumption. Substitution of Pb for Ca, will introduce a shrinkage of the lattice in the c-axis direction of the tetragonal phase in the perovskite structure of PbTiO 3 .…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…[3][4][5] Among these materials, ͑Pb,Ca͒TiO 3 ͑PCT͒ has recently attracted much attention for use in pyroelectric devices and ferroelectric memories, particularly as nonvolatile ferroelectric random access memories ͑NVFRAMs͒ due to the promise of high speed, radiation hardness, high remanent polarization, high dielectric constant, and low power consumption. Substitution of Pb for Ca, will introduce a shrinkage of the lattice in the c-axis direction of the tetragonal phase in the perovskite structure of PbTiO 3 . Pure PbTiO 3 has a large tetragonal distortion at room temperature, c/aϳ1.064, which will introduce a stress in the material upon the cooling through the phase transition, producing cracking in the material.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Influence of Ca concentration on the electric, morphological, and structural properties of (Pb,Ca)TiO3 thin films

Pontes

Leite

et al. 2002

Journal of Applied Physics

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Pb 1Ϫx Ca x TiO 3 (0.10рxр0.40) thin films on Pt/Ti/SiO 2 /Si(100) substrates were prepared by the soft solution process and their characteristics were investigated as a function of the calcium content ͑x͒. The structural modifications in the films were studied using x-ray diffraction and micro-Raman scattering techniques. Lattice parameters calculated from x-ray data indicate a decrease in lattice tetragonality with the increasing content of calcium in these films. Raman spectra exhibited characteristic features of pure PbTiO 3 thin films. Variations in the phonon mode wave numbers, especially those of lower wave numbers, of Pb 1Ϫx Ca x TiO 3 thin films as a function of the composition corroborate the decrease in tetragonality caused by the calcium doping. As the Ca content ͑x͒ increases from 0.10 to 0.40, the dielectric constant at room temperature abnormally increased at 1 kHz from 148 to 430. Also calcium substitution decreased the remanent polarization and coercive field from 28.0 to 5.3 C/cm 2 and 124 to 58 kV/cm, respectively. These properties can be explained in terms of variations of phase transition ͑ferroelectric-paraelectric͒, resulting from the substitution the lead site of PbTiO 3 for the nonvolatile calcium.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Influence of Ca concentration on the electric, morphological, and structural properties of (Pb,Ca)TiO3 thin films

Pontes

Leite

et al. 2002

Journal of Applied Physics

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“…La temperatura de transici-n T C en el caso de la l ‡mina C es ligeramente menor a la medida para l ‡minas de un solo dep-sito y espesor similar (12). En el caso de las l ‡minas sobre substratos A y B se aprecia un descenso en la temperatura lo que pudiera estar ligado a una menor tensi-n en la l ‡mina (15). Este descenso en la tensi-n puede ser debido al proceso de fabricaci-n en multicapas y a la orientaci-n preferente generada en las mismas.…”

Section: Resultados Y Discusiînunclassified

Influencia del substrato sobre las propiedades ferroeléctricas de láminas delgadas de PTCa

Jiménez¹,

Poyato²,

Pardo³

et al. 1999

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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Se han estudiado las propiedades ferroelŽctricas de l ‡minas delgadas de titanato de plomo modificado con calcio (Pb 0.76 Ca 0.24 )TiO 3 (PTCa) preparadas v'a sol gel mediante cristalizaciones sucesivas sobre tres tipos de substratos: (A) Pt / Ti / SiO 2 / Si (100), (B) Ti / Pt / Ti / SiO 2 / Si(100) y (C) Pt / TiO 2 / SiO 2 /Si (100). Los resultados de la caracterizaci-n ferroelŽc-trica muestran valores del coeficiente piroelŽctrico espont ‡neo entorno a ≈ 5 .10 -9 C cm -2 K -1 . La baja conmutabilidad de las laminas facilita la estabilizaci-n del valor del coeficiente piroelŽctrico en el tiempo. Un tratamiento tŽrmico posterior de recocido a 650¼C 1 hora produce cambios en las propiedades ferro-piezoelŽctricas que se pueden asociar con modificaciones de la textura en las l ‡minas. Palabras clave: ferroelŽctricos, l ‡mina delgada, sol -gel, substratosSubstrate influence on the ferroelectric properties of PTCa thin films.The ferroelectric properties of calcium modified lead titanate (Pb 0.76 Ca 0.24 )TiO 3 (PTCa) thin films prepared by a sol -gel method with successive crystallisations on three different substrates (A) Pt / Ti / SiO 2 / Si (100), (B) Ti / Pt / Ti / SiO 2 / Si(100) y (C) Pt / TiO 2 / SiO 2 /Si (100), have been studied. The results of the ferroelectric characterisation show values of the spontaneous pyroelectric coefficient close to ≈ 5 .10 -9 C cm -2 K -1 . The low switching properties favour the stabilisation in time of the pyroelectric coefficient value. A latter annealing thermal treatment (650¼C 1h) produces changes in the ferro -piezoelectric properties that can be related with changes in the texture of the films.Keywords: Ferroelectrics, thin films, sol -gel, substrates. INTRODUCCIîNLos materiales ferroelŽctricos en forma de l ‡mina delgada, son intensamente estudiados debido a que presentan propiedades interesantes para aplicaciones en microelectr-nica y dispositivos micromec ‡nicos (1). Las posibles aplicaciones de los ferroelŽctricos abarcan dos grupos principales: las que necesitan emplear las propiedades de conmutaci-n de la polarizaci-n remanente, P r , y las que emplean variaciones de la misma que no implican su cambio de sentido. Dentro del primer grupo destacan las memorias de acceso aleatorio no vol ‡tiles (NVFERAM) y en el segundo, las aplicaciones piezoelŽctricas, piroelŽctricas y las memorias de acceso aleatorio din ‡micas (DRAM). En funci-n de las aplicaciones deseadas se elige el material y la tŽcnica de procesado para optimizar la propiedad a utilizar. La principal caracter'stica comoen a los dos grupos es la necesidad de una elevada retenci-n de la polarizaci-n remanente. En aplicaciones del primer grupo, la P conmutable debe mantenerse por encima de unos valores m'nimos tras de su uso prolongado (baja fatiga), mientras que en el segundo, es el valor de la P r total la que debe permanecer estable en el tiempo (bajo envejecimiento). En el caso de l ‡minas para las memorias NVFERAM tambiŽn es exigible que el valor de P r en ambos sentidos sea el mismo (imprint despreciable) (...

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“…Entre las causas más importantes caben citar la naturaleza de la intercara substrato-lámina, y la generación de tensiones mecánicas durante el proceso de formación de la lámina, especialmente en el caso de los métodos químicos de preparación (ver citas en [5]). En la Figura 5 se muestra el efecto sobre la temperatura de transición, de las tensiones generadas en dos láminas de igual composición pero con tensiones mecánicas distintas debido al proceso de formación [18]. Se comparan las curvas de permitividad con temperatura frente a la de un material cerámico de la misma composición.…”

Section: Láminas Delgadasunclassified

“…Mediante medidas de perfilometria y espectroscopia Raman se ha visto que las mencionadas láminas sufren durante la etapa de secado un fuerte encogimiento que causa una considerable tensión por tracción [18]. La posterior etapa de cristalización aumenta esta tensión debido al nuevo encogimiento de la lámina, a la dilatación térmica durante el paso de la transición para-ferroeléctrica y a las diferencias de los coeficientes de dilatación térmica, del substrato y de la lámina.…”

Section: Láminas Delgadasunclassified

PbTiO<sub>3</sub> modificado con Ca: de la cerámica a la lámina

Mendiola¹,

Alemany²,

Jiménez³

et al. 2004

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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Se describe la evolución en el conocimiento sobre el titanato de plomo modificado con calcio, (Pb 1-x Ca x ) TiO 3 , a través de sus propiedades estructurales y ferroeléctricas en forma cerámica hasta la actualidad y el interés por su conformación en láminas delgadas. Se hace referencia a su aplicabilidad en dispositivos electrónicos miniaturizados. Se aportan nuevos resultados experimentales en láminas delgadas de alto contenido en Ca, fabricadas mediante el método sol-gel. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto cómo las propiedades medidas en cerámica se mantienen en lámina, aunque algo deprimidas. Se discute a la luz de los conocimientos actuales el diagrama de fases x-T, con especial atención a la aparición de la fase relaxora y a los modelos estructurales propuestos. Debido a las peculiares propiedades dieléctricas de las láminas de PTCa con x = 0.50, se discute la posibilidad de emplearlas en la fabricación de memorias dinámicas de acceso aleatorio (DRAM) de alta densidad y en la preparación de componentes electrónicos para alta frecuencia (varactores). Palabras clave: ferroelectricos, lámina delgada, relaxor (Pb,Ca)TiO 3Ca modified PbTiO 3 : from the bulk ceramic to the film A review on calcium modified lead titanate, (Pb 1-x Ca x )TiO 3 bulk ceramics, through its structural and ferroelectric properties is described as well as the interest for the preparation of these materials as thin films. References to applications of these films, such as small electronic devices, are also reported. New experimental results on thin films with large Ca contents, fabricated by the sol-gel method, are reported. Results show that thin films have similar properties than bulk ceramics, but somewhat rather depressed. x-T phase diagram is discussed based on the current knowledge, on the relaxor phase appearance and on structural models. The singular dielectric properties of these thin films with x=0.5, are considered for applications in high density dynamic random access memories (DRAM) and electronic components for high frequency (varactors). Key words: ferroelectrics, thin films, (Pb,Ca)TiO 3 , relaxor INTRODUCCIÓNEl mineral CaTiO 3 descubierto por el mineralógo ruso Rose en 1839 debe su nombre de perovskita al ministro ruso L. A. Perovsky. Actualmente da nombre a una extensa familia de compuestos de fór-mula química general ABO 3 con una red tridimensional de octaedros de oxígenos BO 6.Sólo algunos de estos compuestos presentan simetría cúbica a ambiente, mientras que la mayoría, incluido el prototipo CaTiO 3 son variantes distorsionadas motivadas por giros de los octaedros. La estructura del CaTiO 3 es ortorrómbica, de grupo espacial Pbnm, que pasa a tetragonal a 1523 K y a cúbica Pm3m a partir de 1623K [1]. A esta familia pertenecen, entre otros, materiales tan conocidos por sus aplicaciones como los titanatos-circonatos de plomo (PZT) con propiedades ferropiezoeléctricas y las manganitas de magnetorresistencia gigante, así como el BaTiO 3 y el PbTiO 3 , origen de los PZT y del titanato de plomo y calcio (PTCa), ob...

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On the effects of stresses in ferroelectric (Pb,Ca)Tio3 thin films

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PbTiO<sub>3</sub> modificado con Ca: de la cerámica a la lámina

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