Ferroelectric thin films of modified lead titanate

Mendiola, J.; Calzada, M. L.

doi:10.1016/b978-012512908-4/50042-4

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“…Si bien debe tenerse presente que las láminas, de espesores comprendidos entre 100 nm y 1µm, requieren un substrato para ser soportadas, lo que implica una interacción con el mismo que supone ciertos cambios en sus propiedades con relación a los materiales en forma cerámica masiva. Entre las causas más importantes caben citar la naturaleza de la intercara substrato-lámina, y la generación de tensiones mecánicas durante el proceso de formación de la lámina, especialmente en el caso de los métodos químicos de preparación (ver citas en [5]). En la Figura 5 se muestra el efecto sobre la temperatura de transición, de las tensiones generadas en dos láminas de igual composición pero con tensiones mecánicas distintas debido al proceso de formación [18].…”

Section: Láminas Delgadasunclassified

“…Se comprobó que el empleo de un horno de tratamientos rá-pidos (RTP) es decisivo para evitar la formación de segundas fases y reducir el espesor de las intercaras electrodo-ferroeléctrico: tratamientos rápidos de 30 0 C/sec y un exceso de PbO (10 %) en las soluciones precursoras son condiciones necesarias para conseguir composiciones estequiométricas, libres de segundas fases e interfases ferroeléctrico-Pt reducidas. Se ha comprobado también que se consigue una mejora en sus propiedades al aplicar a las láminas formadas ciertos postratamientos eléctricos y/o térmicos, para generar un proceso de estabilización de la configuración de dominios, a través de la redistribución de la carga espacial existente, debido a las vacantes de Pb y O (ver citas en [5]). …”

Section: Láminas Delgadasunclassified

“…La substitución parcial del catión Ti por el Zr dio origen al compuesto más innovador en el campo de los transductores piezoeléctricos, el PZT. Para el caso que nos ocupa en este trabajo, la composición Pb 1-x Ca x TiO 3, la variación de los parámetros de la celdilla y de la distorsión tetragonal en función del contenido de Ca sustituyendo al Pb, de acuerdo con datos propios y los recogidos en la literatura , se representa en la Figura 1 [4,5]. …”

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PbTiO<sub>3</sub> modificado con Ca: de la cerámica a la lámina

Mendiola¹,

Alemany²,

Jiménez³

et al. 2004

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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Se describe la evolución en el conocimiento sobre el titanato de plomo modificado con calcio, (Pb 1-x Ca x ) TiO 3 , a través de sus propiedades estructurales y ferroeléctricas en forma cerámica hasta la actualidad y el interés por su conformación en láminas delgadas. Se hace referencia a su aplicabilidad en dispositivos electrónicos miniaturizados. Se aportan nuevos resultados experimentales en láminas delgadas de alto contenido en Ca, fabricadas mediante el método sol-gel. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto cómo las propiedades medidas en cerámica se mantienen en lámina, aunque algo deprimidas. Se discute a la luz de los conocimientos actuales el diagrama de fases x-T, con especial atención a la aparición de la fase relaxora y a los modelos estructurales propuestos. Debido a las peculiares propiedades dieléctricas de las láminas de PTCa con x = 0.50, se discute la posibilidad de emplearlas en la fabricación de memorias dinámicas de acceso aleatorio (DRAM) de alta densidad y en la preparación de componentes electrónicos para alta frecuencia (varactores). Palabras clave: ferroelectricos, lámina delgada, relaxor (Pb,Ca)TiO 3Ca modified PbTiO 3 : from the bulk ceramic to the film A review on calcium modified lead titanate, (Pb 1-x Ca x )TiO 3 bulk ceramics, through its structural and ferroelectric properties is described as well as the interest for the preparation of these materials as thin films. References to applications of these films, such as small electronic devices, are also reported. New experimental results on thin films with large Ca contents, fabricated by the sol-gel method, are reported. Results show that thin films have similar properties than bulk ceramics, but somewhat rather depressed. x-T phase diagram is discussed based on the current knowledge, on the relaxor phase appearance and on structural models. The singular dielectric properties of these thin films with x=0.5, are considered for applications in high density dynamic random access memories (DRAM) and electronic components for high frequency (varactors). Key words: ferroelectrics, thin films, (Pb,Ca)TiO 3 , relaxor INTRODUCCIÓNEl mineral CaTiO 3 descubierto por el mineralógo ruso Rose en 1839 debe su nombre de perovskita al ministro ruso L. A. Perovsky. Actualmente da nombre a una extensa familia de compuestos de fór-mula química general ABO 3 con una red tridimensional de octaedros de oxígenos BO 6.Sólo algunos de estos compuestos presentan simetría cúbica a ambiente, mientras que la mayoría, incluido el prototipo CaTiO 3 son variantes distorsionadas motivadas por giros de los octaedros. La estructura del CaTiO 3 es ortorrómbica, de grupo espacial Pbnm, que pasa a tetragonal a 1523 K y a cúbica Pm3m a partir de 1623K [1]. A esta familia pertenecen, entre otros, materiales tan conocidos por sus aplicaciones como los titanatos-circonatos de plomo (PZT) con propiedades ferropiezoeléctricas y las manganitas de magnetorresistencia gigante, así como el BaTiO 3 y el PbTiO 3 , origen de los PZT y del titanato de plomo y calcio (PTCa), ob...

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Section: Láminas Delgadasunclassified

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PbTiO<sub>3</sub> modificado con Ca: de la cerámica a la lámina

Mendiola¹,

Alemany²,

Jiménez³

et al. 2004

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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“…1 Compositions of PCT with Ca 2+ contents below 35 at. % (x < 0.35) in thin film form have been extensively studied because of their ferro-, pyro-, and piezoelectric responses, 2 which are of interest in nonvolatile ferroelectric random access memories (NVFeRAMs), infrared sensors or microelectromechanical systems (MEMs), respectively. Furthermore, PCT films with larger amounts of Pb 2+ substituted by Ca 2+ (x g 0.40) have recently been shown to possess relaxorlike character, 3 with a diffuse ferroparaelectric transition, high values of permittivity at room temperature, and a large nonlinearity of this value with the applied bias field.…”

Section: Introductionmentioning

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Entirely Aqueous Solution−Gel Route for the Preparation of (Pb₁_-_xCa_x)TiO₃ Thin Films

et al. 2006

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In this work, calcium-modified lead titanate (Pb 1-x Ca x )TiO 3 (PCT) precursor solutions with different amounts of Ca 2+ substituting Pb 2+ (x ) 0.24 and 0.50) have been prepared for the first time by an entirely aqueous solution-gel route. The use of water as a nonhazardous and inexpensive solvent, together with the easy handling of the technique (no inert atmosphere is required), are the major advantages of this method. A stable citrato-peroxo complex of Ti(IV) was synthesized first and subsequently combined with the Pb 2+ and Ca 2+ reagents (citrates) in the desired molar ratio to obtain the aqueous precursor solutions. The stability of these solutions with time is slightly influenced by the amount of Ca 2+ introduced in the PCT system. Gels were obtained from these solutions and subjected to thermogravimetric analysis coupled on-line to Fourier transform infrared (TGA-FTIR) and mass spectroscopy (TGA-MS) techniques. To prepare thin films, we had to improve the hydrophilicity of the Pt/TiO x /SiO 2 /Si substrates and hence their wetting by the aqueous solutions using a wet chemical treatment of cleaning. Crystallization of the films was carried out by rapid thermal processing (RTP) in air at 650 °C. Films with a single perovskite phase and a homogeneous microstructure were thus obtained, as deduced by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The ability of this solution method to obtain PCT films with ferroelectric and dielectric responses is also demonstrated in the present work.

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Approaches Towards the Minimisation of Toxicity in Chemical Solution Deposition Processes of Lead-Based Ferroelectric Thin Films

Bretos

Calzada

2011

Multifunctional Polycrystalline Ferroelectric Materials

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Ferroelectric thin films of modified lead titanate

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PbTiO<sub>3</sub> modificado con Ca: de la cerámica a la lámina

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Entirely Aqueous Solution−Gel Route for the Preparation of (Pb₁_-_xCa_x)TiO₃ Thin Films

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