350 rub
Journal №4 for 2011 г.
Article in number:
Prospects of electron probe X-ray microanalysis techniques for composition determination of nanosized lead zirconate-titanate films
Authors:
I.P. Pronin, E.Yu. Kaptelov, S.V. Senkevich, E.Yu. Flegontova, V.P. Pronin, D.M. Dolgintsev
Abstract:
This paper deals with the assessment of possibilities of the electron-probe X-ray microanalysis to determine the composition of practically significant oxide films of lead zirconate titanate PZT of submicron and nanoscale thicknesses. RF magnetron sputtered PZT films were formed on the Pt/SiO2/Si (SiO2/Si) substrates using two-stage technology. The films were deposited at a temperature nearly of 150°C and then heat treated at high temperatures in the range of 530...570oC. The elemental composition of the films was analyzed in the thickness range 100-700 nm. The measurements were performed on a scanning electron microscope EVO-40 attached with energy dispersive analizer INCA. It is shown that the accuracy of the content elements of the films did not exceed 2.5%. With decreasing thickness of less than 300-400 nm, PZT films were manifested size effects, which lead to a distortion in the composition of the films. It is shown that the observed effects are caused, in particular, by the difference in absorption coefficients for various lengths of x-rays and the difference in the threshold energies of deep levels of the atoms the film. The presence of a platinum sublayer on the surface of SiO2/Si substrate increased the distortions in determining the composition of the films. For the two energies of the incident electron beam is correction curves are constructed, you can use to recover the actual composition of the films of different thicknesses. It was found that during high temperature annealing at 550 ... 570 °C the main losses of lead in PZT films occur at the interfaces during as the crystallization of perovskite phase from the pyrochlore phase and perovskite phase recrystallization. The cause of increased migration capacity of lead oxide at the interfaces is the formation of multiple nanopores on the phase borders
Pages: 48-55
References
  1. Scott J.F. The physics of ferroelectric ceramic thin films for memory applications // Ferroelectric Review. 1998. V. 1. № 1. P. 1-129.
  2. Афанасьев В.П., Богачев С.В., Зайцева Н.В., Каптелов Е.Ю., Крамар Г.П., Петров А.А., Пронин И.П. Влияние условий формирования тонкопленочной системы диэлектрическая подложка-платина-титанат-цирконат свинца на структуру, состав и свойства пленок цирконата-титаната свинца // ЖТФ. 1996. Т. 66. Вып. 6. С. 160-169.
  3. Афонин О.Ф., Викторов Б.В.,Забродин Б.В., Моторный А.В., Ольхова М.Б., Ярмаркин В.К. Исследование тонких пленок на основе титаната-цирконата свинца методом обратного резерфордовского рассеяния. // Тезисы докл. Всесоюзной конференции «Актуальные проблемы получения  и применения сегнето- пьезо- и пироэлектриков и родственных им материалов». М.: НИИТЭХИМ/ 1991. С. 49.
  4. Тумаркин А.В., Серенков И.Т., Сахаров В.И. Исследование начальных стадий роста сегнетоэлектрических пленок титаната бария-стронция методом рассеяния средних энергий // ФТТ. 2010. Т. 52, Вып. 12. С. 2397-2400.
  5. Пронин В.П., Хинич И.И., Чистотин И.А. Спектроскопия упругого отражения электронов для количественного элементного анализа поверхности твердого тела // ПЖТФ. 2008. Т. 34. Вып. 19. С. 21-26.
  6. Рид С.Дж.Б. Электронно-зондовый микроанализ и растровая электронная микроскопия в геологии. М.: Техносфера. 2008..
  7. Попова Т.Б., Бакалейников Л.А., Заморянская М.В., Флегонтова Е.Ю. Рентгеноспектральный микроанализ полупроводниковых эпитаксиальных гетероструктур наоснове моделирования транспорта электронов методом Монте-Карло // ФТП. 2008. Т. 42. Вып. 6. С. 686-691.
  8. Whatmore R.W. Ferroelectrics, microsystems and nanotechnology // Ferroelectrics. 1999. V. 225. P. 179-192.
  9. Izyumskaya N., Alivov Y.-I., Cho S.-J., Morkoç H., Lee H., Kang Y.-S. Processing, structure, properties, and applications of PZT thin films // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2007. V. 32. P. 111-202.
  10. Scott J.F. Application of modern ferroelectrics // Science. 2007. V.315. Р. 954-961.
  11. Афанасьев В.П., Мосина Г.Н., Петров А.А., Пронин И.П., Сорокин Л.М., Тараканов Е.А. Особенности поведения конденсаторных структур на основе пленок цирконата-титаната свинца с избытком оксида свинца // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. Вып. 11. C. 56-63.
  12. Wang Z-J., Maeda R., Kikuchi K. Effect of Pb content on electric properties of sol-gel derived lead zirconate titanate thin films prepared by three-step heat-treatment process // Jpn.J.Appl. Phys. 1999. V. 38. P. 5342-5345.
  13. Тентилова И.Ю., Кукушкин С.А., Каптелов Е.Ю., Пронин И.П, Уголков В.Л. Особенности процесса кристаллизации тонких сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца // Письма в ЖТФ. 2011. Т. 37. Вып. 4. С. 37-43.
  14. Пронин И.П., Каптелов Е.Ю., Сенкевич С.В., Пронин В.П., Сергеева О.Н., Богомолов А.А. Природа диэлектрической неоднородности в тонких пленках PZT, сформированных на подложке Si/SiO2/Pt // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения / под ред. чл.-корр. РАН А.С. Сигова. М.: Энергоатомиздат, 2010. Ч. 2. С. 13-24.