Síntesis y caracterización de películas delgadas multiferroicas de Pb(Zr,Ti)O3-Pb(Fe,Nb)O3

IMHOFF, L.; STACHIOTTI, M. G.; BAROLIN, S.; STEREN, L.; PELLEGRI, N.

Rosario

Jornada; #4 Jornadas Nacionales de Investigación Cerámica; 2019

IFIR-UNR-CONICET

Actualmente,el titanato zirconato de plomo PbZr0,52Ti0,48O3o PZT es un material ampliamente conocido por sus excelentespropiedades ferroeléctricas y piezoeléctricas (altos valores depolarización remanente y de constante dieléctrica ypiezoeléctrica). El PZT tiene una estructura cristalina de tipoperovskita, cuya fase ideal cúbica presenta a los cationes Zr4+y Ti4+rodeados de un octaedro de oxígenos, con cationes Pb2+ubicados en los vértices. Por debajo de la temperatura de Curie, lafase cúbica se distorsiona a una fase tetragonal o romboédrica,dando lugar a un momento dipolar eléctrico permanente responsable delas propiedades ferroeléctricas del material.Laincorporación de iones magnéticos Fe3+en la estructura del PZT ha demostrado ser una estrategia adecuadapara desarrollar materiales cerámicos multiferroicos a temperaturaambiente [1,2]. Los materiales multiferroicos se caracterizan portener propiedades ferroeléctricas y ferromagnéticassimultáneamente, y su desarrollo está motivado principalmente porla posibilidad de controlar cargas eléctricas aplicando camposmagnéticos y de manipular spinsaplicando determinados voltajes, abriendo de esta manera nuevasposibilidades en el campo de las memorias ferroicas, sensores y otrosdispositivos multifuncionales. En particular, la fabricación deestos materiales en forma de películas delgadas permite suaplicación en área de los dispositivos microelectrónicos talescomo memorias no volátiles y sistemas micro-electromecánicos.Alo largo de este trabajo se fabricaron películas delgadas de PZTdopadas con Fe3+yNb5+utilizandouna técnica de CSD (chemical solution deposition) basada en una rutade sol-gel modificada con acetoin (3-hidroxi-2butanona) como agentequelante. Se prepararon soluciones precursoras de PZT y PFN siguiendouna ruta desarrollada en trabajos previos [3]. Combinando ambassoluciones se obtuvieron distintas mezclas con porcentajes de PFNentre 10% y 50% (x=0,1-0,5). Se depositaron las mezclas porspin-coating sobre sustratos de Pt/Ti/SiO2/Siy se realizaron dos tipos de tratamiento térmico a 650 °C: hornoconvencional y rapid thermal annealing o RTA.Serealizó la caracterización estructural y morfológica de laspelículas delgadas por difracción de rayos x y microscopía defuerza atómica, encontrando que la fase cristalina de perovskitacoexiste con una fase secundaria piroclórica, no ferroeléctrica, lacual se ve favorecida por el aumento en el porcentaje de PFN de lamuestra. A su vez se encontró que el tratamiento térmico rápido(RTA) ayuda a eliminar esta fase en las muestras que contienen másde un 30% de PFN. Se midieron propiedades dieléctricas (constantedieléctrica y pérdida en función de la frecuencia y latemperatura) y ciclos de histéresis ferroeléctricos para todas lascomposiciones analizadas. Finalmente se analizó el comportamientomagnético de las películas delgadas encontrando una respuestamagnética débil en aquellas muestras con concentraciones altas deFe3+.[1]D. A. Sanchez, A. Kumar, N. Ortega, R. S. Katiyar, J. F. Scott, Appl.Phys. Lett.,97 (2010), 202910.[2]A. Kumar, R. S. Katiyar, J. F. Scott, J.Appl. Phys.,108 (2010), 064105.[3]L.Imhoff, S. A. Barolin, N. S Pellegri, M. G. Stachiotti, J.Sol-Gel Sci. Techn.,83 (2017), 375-381.p { margin-bottom: 0.25cm; direction: ltr; color: rgb(0, 0, 0); line-height: 115%; }p.western { font-family: "Times New Roman", serif; font-size: 12pt; }p.cjk { font-family: "Times New Roman", serif; font-size: 12pt; }p.ctl { font-family: "Times New Roman", serif; font-size: 12pt; }a:link { color: rgb(0, 0, 255); }