رشد همدوس لایه PbTiO3 با روش رسوب گذاری از فاز مایع، مطالعه ریزساختار و حوزه های فروالکتریکی

نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسنده

عضو هیئت علمی/ دانشگاه تربیت مدرس

10.30501/jamt.2020.205466.1049

چکیده

در این تحقیق لایه نازک PbTiO3 (PTO) با ضخامت nm 150 بر زیر‌لایه تک بلور SrTiO3 (Nb-STO) آلائیده شده با Nb با جهت بلوری ]001[ با استفاده از روش رسوب گذاری از فاز مایع رشد داده شده است. نتایج پراش پرتو ایکس (XRD) نشان داد که لایه PTO در جهت ]001[ رشد یافته است. روبش زاویه ф به اندازه 360 درجه حول صفحات }102{ فیلم و زیرلایه، تقارن درجه چهار فیلم و زیرلایه را نشان داد. بنابراین لایه کاملا در جهت بلوری c رشد یافته است. نقشه فضایی وارون حول صفحه )103( لایه و زیرلایه نشان داد که فیلم تحت کرنش فشاری صفحه ای است. پارامتر شبکه لایه PTO از موقعیت قله ها در محورهای عمودی و افقی به میزان nm 403/0a= و nm 407/0c= تعیین شد. این تنش فشاری به دلیل تشکیل فصل مشترک همدوس در فصل مشترک لایه و زیرلایه و عدم انطباق پارامتر شبکه لایه و زیرلایه ایجاد شده است. مطالعات AFM نشان داد که فیلم از دانه های کشیده ای تشکیل شده است که در جهت های ]100[ و ]010[ رشد کرده اند. پیکربندی حوزه های فروالکتریکی با میکروسکوپ نیروی پیزوالکتریکی (PFM) مطالعه شد. نتایج نشان داد که لایه از حوزه های با مرز زاویه 180 و 90 درجه تشکیل شده است. تشکیل حوزه های با مرز زاویه 90 درجه در اثر تنش فشاری ایجاد شده در لایه به دلیل عدم انطباق پارمتر شبکه لایه و زیرلایه است. در واقع حوزه های با مرز 90 درجه جهت کاهش انرژی الاستیک لایه تشکیل شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Epitaxial Growth, Microstructure and Ferroelectric Domains of PbTiO3 Thin Films by Liquid Phase Deposition

نویسنده [English]

  • Amin Yourdkhani
Siadat, West 3rd Alley,No.70
چکیده [English]

Abstract In this research, PbTiO3 (PTO) thin films with 150 nm thickness were grown on (001) Nb-doped SrTiO3 substrates. High resolution X-ray diffraction (HR-XRD) studies showed that films are epitaxial with (001) orientation. The XRD data indicated that the PTO film was grown in [001] direction. The ф-scan of the film and substrate around (102) revealed a fourfold symmetry for both demonstrating [001] perfect orientation of the films. XRD reciprocal space map (RSM) around (103) of the film and substrate revealed that films are fully strained with a compressive strain. The lattice constants calculated from the horizontal and vertical peak positions are; a = 0.403 nm and c = 0.407 nm. This compressive strain was developed due to the lattice parameter mismatch of the film with respect to the substrate. The topography of the films was studied by an atomic force microscope (AFM). Topography studies showed that films are highly uniform with densely packed elongated grains developed along the [100] and [010] orientations. Ferroelectric domain configuration was investigated by a piezoelectric force microscope (PFM). Two types of 180 and 90 degrees ferroelectric domains were observed. The epitaxial compressive strain is responsible for the formation of 90 degree domains. The developed strain via the lattice mist-match between the PTO layer and the substrate enforces electrical dipoles to rotate away from the normal direction to compensate the elastic energy of the film.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thin film
  • Epitaxial growth
  • Strain
  • Microstructure
  • Ferroelectric Domains

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 30 خرداد 1399
  • تاریخ دریافت: 06 آبان 1398
  • تاریخ بازنگری: 27 خرداد 1399
  • تاریخ پذیرش: 30 خرداد 1399