Сравнение характеристик тонких пленок PZT на подложках из сапфира и кремния

Свойства сегнетоэлектрических золь-гель-пленок PZT, осажденных на подложку из тонкого слоя кремния на сапфире “Si-on-Sapphire”' (SOS) сравниваются с пленками PZT, сформированными на подложке из кремния. Исследованы кристаллическая структура методом рентгеновской дифракции, асимметрия петель гистерезиса, поляризационные зависимости переходного тока, короткозамкнутого фототока и фото-ЭДС холостого хода, а также изгиб подложек. Пленки PZT на SOS текстурированы в единственном направлении (111) и демонстрируют симметричные петли гистерезиса с высоким значением остаточной поляризации. Пленки PZT на Si текстурированы в основном (111) и более слабом (100) направлениях, показывают меньшие значения поляризации и проявляют асимметрию петель гистерезиса, что отражается на величине переходного тока и фототока. Показано, что сапфировая подложка имеет выпуклый изгиб, вызывающий в плоскости пленки напряжение сжатия, ослабляющее влияние рассогласования параметров решеток PZT и Pt. Напротив, подложка Si имеет вогнутый изгиб, вызывающий растяжение пленки. Сделаны оценки деформаций и механических напряжений внутри пленок. Для PZT на Si получена оценка градиента деформации вдоль оси (111), которая позволяет связать асимметрию петель гистерезиса с флексоэлектрической поляризацией, и найдена величина флексоэлектрического коэффициента для золь-гель-PZT, равная 0.0154 $\mu$C/cm. Полученные результаты показывают, что использование сапфировой подложки обеспечивает лучшее качество тонких пленок PZT.