Использование дифракции отраженных электронов для нанофазного анализа тонких пленок Pb(Zr,Ti)O3

Д.М. Долгинцев; А.Г. Канарейкин; В.П. Пронин; Е.Ю. Каптелов; С.В. Сенкевич; И.П. Пронин

Использование дифракции отраженных электронов для нанофазного анализа тонких пленок Pb(Zr,Ti)O<sub>3</sub>

Д.М. Долгинцев¹, А.Г. Канарейкин², В.П. Пронин³, Е.Ю. Каптелов⁴, С.В. Сенкевич⁵, И.П. Пронин⁶

научная статья Страницы: 21-28

¹ инженер-исследователь, Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена (Санкт-Петербург)
² аспирант, Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена (Санкт-Петербург)
³ д.ф-м.н., профессор, Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена (Санкт-Петербург)
^4,6 к.ф-м.н., ст. науч. сотрудник, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе (Санкт-Петербург)
⁵ к.ф-м.н., науч. сотрудник, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе (Санкт-Петербург)

Ключевые слова: тонкие пленки PZT ВЧ-магнетронное распыление морфотропная фазовая граница дифракция отраженных электронов

Аннотация

Метод дифракции отраженных электронов использован для выявления моноклинной модификации сегнетоэлектрической фазы в тонких пленках цирконата-титаната свинца (PZT), составы которых соответствуют практически важной области морфотропной фазовой границы (МФГ). Разработан метод варьирования состава тонких пленок, позволяющий сканировать МФГ при изменении соотношения атомов Zr/Ti в диапазоне 55/45-52,5/47,5. Выявлены технологические факторы, приводящие к изменению устойчивости моноклинной фазы - температура отжига, давление рабочего газа, температура образцов.

Для цитирования

Долгинцев Д.М., Канарейкин А.Г., Пронин В.П., Каптелов Е.Ю., Сенкевич С.В., Пронин И.П. Использование дифракции отраженных электронов для нанофазного анализа тонких пленок Pb(Zr,Ti)O<sub>3</sub> // Наноматериалы и наноструктуры - XXI век. 2015. № 4. С. 21–28.

Список источников

Яффе Б., Кук У., Яффе Г.Пьезоэлектрическая керамика. М.: Мир. 1974. 288 с.
Xu Yu. Ferroelectric materials and their applications. N. Holland-Amsterdam-London-New-York-Tokyo. 1991. 391 p.
Гуфан Ю.М., Сахненко В.П.Термодинамическое описание кристаллов при фазовых переходах второго рода вблизи N-фазных точек // ЖЭТФ. 1975. Т. 69. Вып. 4.С. 1423-1439.
Исупов В.А. Сосуществование фаз в твердых растворах цирконата-титаната свинца // ФТТ. 2001. Т. 43. Вып. 12. С. 2166-2169.
Isupov V.A. Phase coexistence in lead zirconate titanate solid solutions. // Physics of the Solid State. 2001. V. 43. Р. 2262-2266.
Noheda B., Cox D.E., Shirane G.; Gonzalo J. A., Cross L.E., Park S.-E. A monoclinic ferroelectric phase in the Pb(Zr1-xTix)O₃ solid solution // Appl. Phys. Lett. 1999. V. 74, № 14. P. 2059-2061.
Sergeenko I.A., Gufan Yu. M., Urazhdin S. Phenomenological theory of phase trantuions in highly piezoelectric perovskites // Phys. Rev. B. 2002. V. 65. Р 144104.
Wada S., Muraishi T., Yokoh K., Yako K., Kamemoto H., Tsurumi T. Domain wall engineering in lead-free piezoelectric crystals // Ferroelectrics. 2007. V. 355. P. 37-49.
Noheda B., Cox D. E., Shirane G., Guo R., Jones B., Cross L. E. Stability of the monoclinic phase in the ferroelectric perovskite PbZr_1-xTi_xO₃ // Phys. Rev. B. 2001. V. 63. Р. 014103.
Noheda B., Wu L., Zhu Y. Low-temperature superlattice in monoclinic Pb(Zr_0,52Ti_0,48)O₃// Phys. Rev. B. 2002. V. 66. Р. 060103(R).
Noheda B., Cox D. E. Bridging phases at the morphotropic boundaries of lead oxide solid solutions // Phase Transitions. 2006. V. 79. is. 1-2. P. 5-20.
Scott J.F. Application of modern ferroelectrics // Science. 2007. V. 315. Р. 954-961.
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.
Yan L., Li J., Cao H., Viehland D. Low symmetry phase in Pb(Zr_0,52Ti_0,48)O₃. epitaxial thin films with enhanced ferroelectric properties // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 89. Р 262905.
Randle V., Engler O. Electron Backscatter Diffraction in Materials Science. New York: Springer. 2009.
Fox G.R. Han X., Maitland T.M., Vaudin M.D. Nanometer scale crystallographic texture mapping of platinum and lead zirconate titanate thin ﬁlms by electron backscatter diffraction // J. Mater. Sci. 2010. V. 45. P. 2991-2994.
Пронин И.П., Каптелов Е.Ю., Сенкевич С.В., Климов В.А., Зайцева Н.В., Шаплыгина Т.А., Пронин В.П., Кукушкин С.А. Особенности кристаллизации поликристаллических тонких пленок PZT, сформированных на подложке Si/SiO2/Pt // ФТТ. 2010. Т. 52. Вып. 1. С. 124-128.
Пронин И.П., Каптелов Е.Ю., Сенкевич С.В., Флегонтова Е.Ю., Пронин В.П., Долгинцев Д.М. Возможности метода электронно-зондового рентгеновского микроанализа для определения состава наноразмерных пленок цирконата-титаната свинца // Наноматериалы и наноструктуры - XXI век. 2011. T. 2. № 4. С. 48-55.
Frantti J., Lappalainen J., Eriksson S., Lantto V., Nishio S., Kakihana M., Ivanov S., Rundlof H. Neutron Diffraction Studies of Pb(ZrxTi1-x)O3 Ceramics // Jpn. J. Appl. Phys. 2000. V. 39. Pt. 1. № 9B. P. 5697-5703.
Вольпяс В.А., Козырев А.Б. Термализация атомных частиц в газах // ЖЭТФ. 2011. Т. 140. Вып. 1(7). С. 196-204.

[1] Яффе Б., Кук У., Яффе Г.Пьезоэлектрическая керамика. М.: Мир. 1974. 288 с.

[2] Xu Yu. Ferroelectric materials and their applications. N. Holland-Amsterdam-London-New-York-Tokyo. 1991. 391 p.

[3] Гуфан Ю.М., Сахненко В.П.Термодинамическое описание кристаллов при фазовых переходах второго рода вблизи N-фазных точек // ЖЭТФ. 1975. Т. 69. Вып. 4.С. 1423-1439.

[4] Исупов В.А. Сосуществование фаз в твердых растворах цирконата-титаната свинца // ФТТ. 2001. Т. 43. Вып. 12. С. 2166-2169.

[5] Isupov V.A. Phase coexistence in lead zirconate titanate solid solutions. // Physics of the Solid State. 2001. V. 43. Р. 2262-2266.

[6] Noheda B., Cox D.E., Shirane G.; Gonzalo J. A., Cross L.E., Park S.-E. A monoclinic ferroelectric phase in the Pb(Zr1-xTix)O₃ solid solution // Appl. Phys. Lett. 1999. V. 74, № 14. P. 2059-2061.

[7] Sergeenko I.A., Gufan Yu. M., Urazhdin S. Phenomenological theory of phase trantuions in highly piezoelectric perovskites // Phys. Rev. B. 2002. V. 65. Р 144104.

[8] Wada S., Muraishi T., Yokoh K., Yako K., Kamemoto H., Tsurumi T. Domain wall engineering in lead-free piezoelectric crystals // Ferroelectrics. 2007. V. 355. P. 37-49.

[9] Noheda B., Cox D. E., Shirane G., Guo R., Jones B., Cross L. E. Stability of the monoclinic phase in the ferroelectric perovskite PbZr_1-xTi_xO₃ // Phys. Rev. B. 2001. V. 63. Р. 014103.

[10] Noheda B., Wu L., Zhu Y. Low-temperature superlattice in monoclinic Pb(Zr_0,52Ti_0,48)O₃// Phys. Rev. B. 2002. V. 66. Р. 060103(R).

[11] Noheda B., Cox D. E. Bridging phases at the morphotropic boundaries of lead oxide solid solutions // Phase Transitions. 2006. V. 79. is. 1-2. P. 5-20.

[12] Scott J.F. Application of modern ferroelectrics // Science. 2007. V. 315. Р. 954-961.

[13] 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.

[14] Yan L., Li J., Cao H., Viehland D. Low symmetry phase in Pb(Zr_0,52Ti_0,48)O₃. epitaxial thin films with enhanced ferroelectric properties // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 89. Р 262905.

[15] Randle V., Engler O. Electron Backscatter Diffraction in Materials Science. New York: Springer. 2009.

[16] Fox G.R. Han X., Maitland T.M., Vaudin M.D. Nanometer scale crystallographic texture mapping of platinum and lead zirconate titanate thin ﬁlms by electron backscatter diffraction // J. Mater. Sci. 2010. V. 45. P. 2991-2994.

[17] Пронин И.П., Каптелов Е.Ю., Сенкевич С.В., Климов В.А., Зайцева Н.В., Шаплыгина Т.А., Пронин В.П., Кукушкин С.А. Особенности кристаллизации поликристаллических тонких пленок PZT, сформированных на подложке Si/SiO2/Pt // ФТТ. 2010. Т. 52. Вып. 1. С. 124-128.

[18] Пронин И.П., Каптелов Е.Ю., Сенкевич С.В., Флегонтова Е.Ю., Пронин В.П., Долгинцев Д.М. Возможности метода электронно-зондового рентгеновского микроанализа для определения состава наноразмерных пленок цирконата-титаната свинца // Наноматериалы и наноструктуры - XXI век. 2011. T. 2. № 4. С. 48-55.

[19] Frantti J., Lappalainen J., Eriksson S., Lantto V., Nishio S., Kakihana M., Ivanov S., Rundlof H. Neutron Diffraction Studies of Pb(ZrxTi1-x)O3 Ceramics // Jpn. J. Appl. Phys. 2000. V. 39. Pt. 1. № 9B. P. 5697-5703.

[20] Вольпяс В.А., Козырев А.Б. Термализация атомных частиц в газах // ЖЭТФ. 2011. Т. 140. Вып. 1(7). С. 196-204.