WYSYŁKA DZISIAJ !!!


CODZIENNIE W DNI ROBOCZE


WYSTARCZY DO GODZ. 13.00 wysłać do nas:

1) deklarację odbioru przesyłki "za pobraniem"
lub
2) skan przelewu
albo
3) wpłacić za pośrednictwem "Płacę z Allegro"



PROBLEMY FIZYKI CIENKICH WARSTW FERROELETRYCZNYCH
12.09.2010
część I

Zygmunt Surowiak

PRACE NAUKOWE UNIWERSYTETU ŚLĄSKIEGO W KATOWICACH NR 172

Stan książki/ek: DOBRY+, książka czysta, spójna i kompletna
Wydawnictwo: Uniwersytet Śląski
Nakład: 400 egzemplarzy

Spis treści:

PRZEDMOWA ............................... 13
ROZDZIAŁ I: WPROWADZENIE DO FIZYKI CIENKICH WARSTW FERROELEKTRYCZNYCH ............................. 15
1. Wstęp ................................. 15
2. Pojęcie warstwy cienkiej......................... 16
3. Warstwy grube ............................. 21
3.1. Wprowadzenie ........................... 21
3.2. Pasty ............................... 22
3.3. Metoda sitodruku ......................... 24
3.4. Wypalanie warstw grubych..................... 25
3.5. Niektóre własności warstw grubych................. 25
4. Warstwy epitaksjalne .......................... 27
5. Struktura cienkich warstw ferroelektrycznych .............. 30
6. Przegląd problematyki badawczej z zakresu fizyki cienkich warstw ferroelektrycznych .............................. 34
7. Podsumowanie ............................. 36
Literatura ................................. 37
ROZDZIAŁ II: TECHNOLOGIA CIENKOWARSTWOWA.......... 39
1. Podstawy technologii cienkich warstw ferroelektrycznych......... 39
1.1. Przegląd metod otrzymywania warstw cienkich i grubych...... 39
1.1.1. Podział metod technologicznych................ 39
1.1.2. Metody otrzymywania cienkich warstw ferroelektrycznych . . 41
1.1.3. Metody osadzania warstw nie stosowane do ferroelektryków . . 42
1.1.3.1. Wydzielanie elektrolityczne ............... 42
1.1.3.2. Elektroliza ....................... 43
1.1.3.3. Anodyzacja ....................... 44
1.1.3.4. Osadzanie warstw z fazy gazowej............ 46
1.1.4. Etapy technologii układów cienkowarstwowych........ 47
1.2. Wpływ podłoża na własności warstw................ 49
1.2.1. Wprowadzenie ........................ 49
1.2.2. Przegląd materiałów podłożowych............... 49
1.2.3. Czyszczenie podłoża...................... 52
1.2.4. Badanie chropowatości powierzchni podłoża.......... 54
1.2.5. Wpływ składu chemicznego podłoża na własności cienkich warstw 56
1.2.6. Wpływ przewodnictwa cieplnego podłoża na własności cienkich warstw........................... i . 56
1.3. Adhezyjność cienkich warstw do podłoża.............. 57
1.4. Warstwy kontaktowe........................ 59
1.5. Maskowanie........................... 62
1.5.1. Wprowadzenie....................... . 62
1.5.2. Fotolitografia ......................... 63
1.5.3. Maskowanie pośrednie................... . 65
2. Naparowywanie próżniowe cienkich warstw ferroelektrycznych...... 66
2.1. Wprowadzenie........................... 66
2.2. Jakościowy obraz procesu naparowywania cienkich warstw..... 68
2.3. Zarys teorii procesu hirudina naparowywania cienkich warstw... 72
2.3.1. Wprowadzenie ........................ 72
2.3.2. Kapilarna teoria nukleacji .................. 73
2.3.3. Statystyczno-atomowa teoria nukleacji ............ 77
2.3.4. Naparowywanie cienkich warstw układów dwuskładnikowych 80
2.3.5. Zależność procesu kondensacji od prężności par........ 84
2.3.6. Wpływ charakterystyki przestrzennej źródła ciepła na rozkład grubości cienkich warstw................... 87
2.4. Technologia próżniowego naparowywania cienkich warstw ferroelektrycznych.............................. 93
2.4.1. Wprowadzenie ........................ 93
2.4.2. Powolne naparowanie w próżni................ 94
2.4.3. Wybuchowe naparowywanie w próżni............. 96
2.4.4. Otrzymywanie warstw BaTi03 w wyniku połączenia procesu rozpylania katodowego i naparowywania w próżni......... 101
2.4.5 Odparowywanie BaTi03 z zastosowaniem promieniowania laserowego ............................ 101
2.4.6. Próżniowe naparowanie z wielu źródeł............ 102
2.5. Podsumowanie .......................... 102
3. Rozpylanie katodowe i jego wykorzystanie w technologii cienkich warstw ferroelektrycznych ........................... 103
3.1. Wprowadzenie ........................... 103
3.2. Fizyczne podstawy procesu rozpylania katodowego......... 103
3.3. Stałoprądowe rozpylanie w układzie diodowym........... 108
3.3.1. Wprowadzenie ........................ 108
3.3.2. Wyładowanie jarzeniowe ................... 109
3.3.3. Oczyszczanie warstwy w procesie rozpylania ......... 114
3.3.4. Rozpylanie reaktywne..................... 116
3.3.5. Stałoprądowe rozpylanie ferroelektryków w układzie diodowym 117
3.4. Stałoprądowe rozpylanie w układzie triodowym........... 120
3.5. Rozpylanie w polu elektrycznym wielkiej częstotliwości....... 122
3.5.1. Wprowadzenie ........................ 122
3.5.2. Mechanizm wyładowania wielkiej częstotliwości........ 123
3.5.3. Rozpylanie ferroelektryków w polu elektrycznym w.cz..... 124
3.6. Podsumowanie ........................... 132
4. Otrzymywanie warstw ferroelektrycznych metodami bezpróżniowymi ... 132
4.1. Wprowadzenie ........................... 132
4.2. Metoda wyprażania proszków lub past................ 133
4.2.1. Wprowadzenie ........................ 133
4.2.2. Metoda elektroforezy..................... 135
4.2.2.1. Zarys teorii zjawiska elektroforezy........... 135
4.2.2.2. Technologia osadzania warstw ferroelektrycznych metodą elektroforezy ...................... 142
4.2.3. Metoda dielektroforezy .................... 153
4.2.4. Metoda sedymentacji ..................... 154
4.2.5. Metoda wyprażania past ................... 156
4.3. Inne metody otrzymywania warstw ferroelektrycznych ....... 156
4.3.1. Metoda lania szlikieru .................... 156
4.3.2. Metoda topnienia na metalicznym podłożu.......... 157
4.3.3. Metoda osadzania chemicznego ................ 157
4.3.4. Metoda trawienia monokryształów............... 158
4.4. Podsumowanie ........................... 158
Literatura................................. 159
ROZDZIAŁ III. METODY BADAWCZE W FIZYCE CIENKICH WARSTW
FERROELEKTRYCZNYCH......................... 165
1. Metody pomiaru grubości cienkich warstw................ 165
1.1. Wprowadzenie ........................... 165
1.2. Metody bezpośrednie ........................ 165
1.2.1. Metoda profilometru ..................... 165
1.2.2. Metoda optymetru....................... 166
1.2.3. Metoda mikroskopu pomiarowego............... 167
1.2.4. Metody interferometryczne................... 168
1.2.4.1. Metoda wykorzystująca prążki o jednakowej grubości . . . 168
1.2.4.2. Metoda wykorzystująca prążki o jednakowej barwie . . . 170
1.2.5. Metoda polarymetryczna.................... 171
1.3. Metody pośrednie.......................... 172
1.3.1. Wprowadzenie......................... 172
1.3.2. Kontrola prędkości naparowywania metodami jonizacyjnymi . . 173
1.3.3. Kontrola gęstości powierzchniowej warstwy.......... 174
1.3.3.1. Metody mikrowagowe.................. 175
1.3.3.2. Rezonatory kwarcowe.................. 176
1.3.4. Kontrola własności optycznych................ 177
1.3.4.1. Fotometry z modulowaną wiązką światła........ 177
1.3.4.2. Interferometr dwupromieniowy ............. 178
1.3.4.3. Metoda spektrofotometryczna ............. 179
1.3.4.4. Barwy cienkich warstw................. 182
1.3.5. Kontrola własności elektrycznych............... 183
1.3.5.1. Pomiar przewodnictwa elektrycznego (lub rezystancji) . . . 183
1.3.5.2. Pomiar pojemności elektrycznej............. 183
1.3.6. Metody radiograficzne.................... 184
1.3.6.1. Metoda naparowania radioaktywnego indykatora..... 185
1.3.6.2. Pomiar grubości za pomocą promieni Roentgena..... 185
1.3.6.3. Pomiar grubości za pomocą izotopów promieniotwórczych 186
1.3.7. Metody specjalne ....................... 187
1.4. Zestawienie metod pomiaru grubości cienkich warstw........ 188
2. Rentgenowskie badania ferroelektryków ................. 193
2.1. Wprowadzenie ........................... 193
2.2. Budowa, działanie i obsługa dyfraktometru rentgenowskiego DRON-1,5 195
2.3. Podstawowe pomiary rentgenowskie................. 197
2.3.1. Jakościowa analiza fazowa................... 197
2.3.2. Pomiar stałych sieciowych................... 199
2.3.3. Wyznaczanie gęstości elektronowej i pozycji atomów w komórce 201
2.3.4. Pomiar rozmiarów ziarna polikrystalicznego tytanianu baru . . 202
2.3.5. Pomiar grubości warstw.................... 203
2.3.6. Inne pomiary rentgenowskie.................. 203
2.4. Podsumowanie ........................... 204
3. Metody badania struktury domenowej monokryształów oraz monokrystalicz-nych cienkich warstw ferroelektrycznych................. 204
3.1. Wprowadzenie ........................... 204
3.2. Przegląd metod badania struktury domenowej ferroelektryków . . . 205
3.2.1. Metoda proszkowa....................... 205
3.2.2. Metoda optyczna ....................... 206
3.2.3. Metoda trawienia ....................... 207
3.2.4. Metoda elektroluminescencji.................. 207
3.2.5. Metoda dekoracji....................... 20iJ
3.2.6. Obserwacja struktury domenowej za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego.................... 210
3.2.7. Obserwacja struktury domenowej z zastosowaniem rastrowego mikroskopu elektronowego.................... 211
3.2.8. Obserwacja struktury domenowej za pomocą zwierciadlanego mikroskopu elektronowego.................... 211
3.3. Wyniki badań struktury domenowej cienkich warstw BaTiO:l .... 212
3.4. Podsumowanie ........................... 220
4. Metody badania polaryzacji i przepolaryzacji w cienkich warstwach ferroelektrycznych .............................. 220
4.1. Wprowadzenie ........................... 220
4.2. Metody wyznaczania polaryzacji spontanicznej oparte na zjawisku pi-roelektrycznym ........................... 221
4.3. Elektrostrykcyjna metoda pomiaru polaryzacji............ 222
4.4. Pomiar polaryzacji za pomocą galwanometru balistycznego..... 225
4.5. Badanie procesu przepolaryzacji oraz wyznaczanie wartości polaryzacji za pomocą układu Sawyera-Towera............... 225
4.6. Pomiar polaryzacji spontanicznej za pomocą układu Diamanta .... 230
4.7. Badanie procesu przepolaryzacji oraz wyznaczanie polaryzacji metodą impulsową Krumina......................... 231
4.7.1. Zasada działania układu.................... 231
4.7.2. Optymalne warunki pracy układu............... 232
4.7.3. Pomiar polaryzacji całkowitej................. 234
4.7.4. Pomiar polaryzacji szczątkowej (remanencji).......... 241
4.8. Badanie procesu przepolaryzacji metodą Merza........... 245
4.9. Badanie obrotów domenowych przy polaryzacji i przepolaryzacji ferroelektrycznych materiałów ceramicznych.............. 250
4.9.1. Wprowadzenie......................... 250
4.9.2. Określenie obrotów domenowych z kątowego rozkładu domen . . 251
4.9.3. Mikroskopowe metody badania obrotów domenowych..... 251
4.9.4. Określenie 90° obrotów domenowych metodą dylatometryczną . . 251
4.9.5. Badanie 180° i 90° obrotów domenowych ze zmian e pod wpływem stałego pola elektrycznego................ 252
8.3. Fizyczne podstawy pomiaru przewodnictwa elektrycznego ferroelektryków ............................... 320
8.3.1. Wprowadzenie......................... 320
8.3.2. Zjawisko absorpcji dielektrycznej............... 321
8.3.3. Rola piroefektu, termoefektu oraz przepolaryzacji w badaniach przewodnictwa elektrycznego ferroelektryków......... 322
8.3.4. Rola elektrod przewodzących.................. 324
8.4. Przegląd prac z zakresu przewodnictwa i transportu elektrycznego
w BaTi03 .............................. 324
8.4.1. Wprowadzenie......................... 324
8.4.2. Przewodnictwo elektryczne monokryształów BaTiO,i...... 325
8.4.3. Przewodnictwo elektryczne ceramiki BaTiO:l.......... 326
8.4.3.1. Iniekcja i ekstrakcja nośników ładunku przez elektrody . . 326
8.4 3.2. Podwójne wstrzykiwanie w ceramice BaTiOj....... 328
8.4.4. Przewodnictwo elektryczne cienkich warstw BaTiO.,...... 332
8.4.5. Przewodnictwo elektryczne domieszkowanego BaTi03..... 334
8.4.5.1. Wprowadzenie jonów A3+ w miejsce Ba2+ lub B5+ w miejsce Ti4 + ......................... 334
8.4.5.2. Wprowadzenie w miejsce tytanu jonów o niższej walencyj-ności........................... 335
8.4.5.3. Efekt PTC........................ 335
8.5. Interpretacja uzyskanych wyników doświadczalnych z zakresu przewodnictwa elektrycznego BaTi03.................. 336
8.5.1. Wpływ temperatury na charakter przewodnictwa elektrycznego BaTi03 ............................ 336
8.5.2. Zarys modelu przewodnictwa elektrycznego BaTi03 [23] .... 33£
8.5.3. Zarys teorii małych polaronów w BaTiOj........... 340
8.6. Podsumowanie ........................... 341
Literatura ................................. 342
ROZDZIAŁ IV. ZASTOSOWANIA CIENKICH WARSTW FERROELEKTRYCZNYCH ................................... 349
1. Wstęp .................................. 349
2. Rola i miejsce układów warstwowych w mikroelektronice......... 351
3. Porównanie właściwości układów scalonych półprzewodnikowych i warstwowych ................................... 354
4. Przykłady zastosowań cienkich warstw ferroelektrycznych........ 357
4.1. Kondensatory cienkowarstwowe................... 357
4.2. Cienkowarstwowe przetworniki piezoelektryczne........... 363
4.3. Ferroelektryczne termistory cienkowarstwowe............ 367
4.4. Cienkowarstwowe detektory piroelektryczr.e............. 369
4.4.1. Wprowadzenie......................... 369
4.4.2. Piroelektryczne detektory u.w.cz................. 371
4.4.3. Pomiary mocy promieniowania laserowego.......... 372
4.4.4. Inne zastosowania detektorów piroelektrycznych........ 373
4.5. Ferroelektryczne elementy pamięciowe............... 374
4.5.1. Wprowadzenie......................... 374
4.5.2. Elementy pamięci w układzie M-FE-M............. 376
4.5.3. Cienkowarstwowe elementy pamięci w układzie FE/PC..... 377
4.6. Ferroelektryczne przetworniki obrazu................ 382
4.7. Inne zastosowania ferroelektryków................. 385
4.7.1. Wykorzystanie ferroelektryków w optyce nieliniowej...... 385
4.7.2. Ferroelektryczne przetworniki energii cieplnej na energię elektryczną ............................ 385
4.7.3. Ferroelektryczne elementy nieliniowe............. 386
4.7.4. Elementy ferroelektryczno-pólprzewodnikowe (FEFED)..... 387
5. Podsumowanie .............................. 388
Literatura ................................. 388
Literatura uzupełniająca .......................... 390
CoflepwaHHe................................. 393
Summary.................................. 394