PbTiO₃ modificado con Ca: de la cerámica a la lámina

Abstract

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...

Entirely Aqueous Solution−Gel Route for the Preparation of (Pb1-xCax)TiO3 Thin Films

“…In this way, single perovskite films were obtained at 650 °C (Figure ). The PCT24 films show a pseudocubic structure, where the characteristic doublets of the tetragonal structure observed in the counterpart bulk ceramics are here overlapped (001/100, 101/110, and 002/200). This is because of the development of stresses in the material produced during the film processing .…”

Análisis de la distribución temática en el Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio

“…Los materiales ferroeléctricos constituyen el otro gran bloque temático dentro de la sección de electrocerámica, estando centrados en mayor número en las propiedades de estos materiales conformados en forma de lámina delgada (22)(23)(24)(25)(26) debido al fuerte interés europeo sobre la integración de dichos dispositivos en sistemas electrónicos, si bien no existen empresas nacionales de microelectrónica que puedan ser beneficiarias de este tipo de información; el estudio de fenómenos no lineales de piezoeléctricos masivos (27)(28), los nuevos materiales y sus propiedades (29-35) y las aplicaciones de dichos materiales (36)(37)(38), destacando en particular aquellas destinadas a la biomecánica debido al nacimiento de empresas en este sector como resultados de los procesos spin-off del Instituto de Automática industrial del CSIC. Los avances en cerámicas dieléctricas se han centrado en varistores cerámicos (39)(40)(41), estos trabajos presentan relación con la reciente iniciativas empresariales.…”

Ferroeléctricos sobre silicio preparados por métodos de depósito químico de disoluciones: de la lámina delgada a los sistemas auto-ensamblados

“…The solution is deposited on the substrate usually by spin-coating. The drying and partial pyrolysis of the wet coating results in an amorphous layer that has to be crystallized, normally by the use of Rapid Thermal Processing (RTP) (12)(13)(14).…”