Статья

Название статьи ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СЕНСОРА ВИБРАЦИИ НА ОСНОВЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК ЦИРКОНАТА-ТИТАНАТА СВИНЦА
Автор В.В. Петров, А.С. Каменцев, И.И. Черепахин, Д.А. Коваленко
Рубрика РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ
Месяц, год 10, 2016
Индекс УДК 531.768
DOI 10.18522/2311-3103-2016-10-1219
Аннотация Исследованы некоторые свойства пленок цирконата-титаната свинца (ЦТС), сформированных на окисленных кремниевых подложках. Пленки получены по разработанной технологии. Образцы сегнетоэлектрических пленок ЦТС состава Pb(Tiх,Zr1-х)O3 были получены методом высокочастотного реактивного плазменного распыления в кислородной атмосфере на установке «Плазма 80-СЭ». Пленки напылялись на окисленные кремниевые пластины марки КЭФ-4,5, кристаллографической ориентации и толщиной 380 мкм. Толщина пленки SiO2 составляла 150±20 нм, что обеспечивало минимизацию токов утечки с сегнетоэлектрической пленки на подложку. Толщина пленки ЦТС составляла 1,48+0,18 мкм. С помощью рентгенофазового анализа установлено, что пленки имеют фазу ЦТС. Кристаллическая фаза ЦТС соответствует химической формуле Pb(Ti0,5,Zr0,5)O3. На поверхности пленок ЦТС методом термического испарения в вакууме формировалась контактная металлизация. Формирование металлизации позволило проверить адгезионные свойства системы подложка (с подслоем SiO2) – пленка ЦТС – металлические контакты. Адгезия свойства пленок ЦТС к поверхности оксида кремния позволяла выдерживать напряжения на разрыв равное 3,5*104 кг/м2. Электрофизические свойства сегнетоэлектрических материалов исследовались по методу Сойэра-Тауэра. Были исследованы петли гистерезиса образцов пленок ЦТС для трех частот – 0,1; 1,0 и 10,0 Гц и влияние процесса «поляризации» на сегнетоэлектрические характеристики пленок. Показано, что наибольшее значение поляризации равное 0,0015 Кл/м2 проявляется у образцов, исследованных на частоте 0,1 Гц, а наибольший вклад в поляризацию образцов вносят «медленные» домены. Разработана конструкция сенсора для исследования его чувствительности на воздействии амплитуды и частоты вибраций. Испытания сенсора проходили на электродинамическом стенде ВСВ-206200. Сенсор испытывался на воздействие ускорений от 0,08 до 5g в диапазоне частот от 2 до 90Гц. Показано, что чувствительность в диапазоне частот от 2 до 5 Гц составляла 60–75 nКл/g. В указанном диапазоне частот чувствительность сенсора от величины ускорения не зависит. Сделан вывод о возможном практическом применении разработанных сенсоров.

Скачать в PDF

Ключевые слова Цирконат-титанат свинца; сегнетоэлектрики; высокочастотное реактивное распыление; поляризация, сенсор вибрации.
Библиографический список 1. Jijima K., Ueda I., Kugimiya K. Preparation and properties of lead zirconatetitanate thin films // Jap. J. Appl. Phys. – 1991. – Vol. 30. – P. 2149-2154.
2. Окадзаки К. Технология керамических диэлектриков. – М.: Энергия, 1976. – 336 с.
3. Scott J.F. The physics of ferroelectric ceramic thin films for memoryapplications // Fer-roelectric Review. – 1998. – Vol. l, No. 1. – P. 1-129.
4. Nakagawa T., Yamaguchi J., Usuki T.et al. Ferroelectric properties of RF-sputlered PLZT thin film // Jap. J. Appl. Phys. – 1979. – Vol. l8, No. 5. – P. 897-902.
5. Dawber M., Rabe K.M., Scott J.F. Physics of thin-film ferroelectric oxides // Review of modem physics. – 2005. – Vol. 77. – P. 1083-1130.
6. Xu Yu. Ferroelectric materials and their applications. N. Holland-Amsterdam -London-New York-Tokyo, 1991. – 391 p.
7. Ogasawara M., Shimizu M., Shiosaki T. Preparation of oxide thin films by laser ablation // Jpn. J. Appl. Phys. – 1992. – Vol. 31, No. 9B. – P. 2971-2974.
8. Коваленко Д.А., Петров В.В., Клиндухов В.Г. Разработка датчика динамических деформаций на основе сегнетоэлектрических пленок цинконата-титаната свинца // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. – № 4 (153). – C. 184-190
9. Коваленко Д.А., Петров В.В., Клиндухов В.Г. Исследование влияния технологических параметров формирования тонких пленок цирконата-титаната свинца на их структурные и электрофизические свойства // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. – № 9 (158). – C. 124-132.
10. Коваленко Д.А., Петров В.В. Исследование электрофизических свойств пленок циркона-та-титаната свинца, сформированных на окисленных кремниевых подложках // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2. – URL: http://www.science-education.ru/129-22498.
11. Коваленко Д.А., Петров В.В. Разработка сенсоров на основе сегнетоэлектрических пленок для гибридных сенсорных систем // Инженерный вестник Дона. – 2012. – № 4 (2).
– URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1357.
12. Kovalenko D.A., Petrov V.V. Researches of the Internal Mechanical Stresses Arising in Si-SiO2-PZT Structures // Journal of nano- and electronic physics. – 2015. – Vol. 7, No. 3.
– P. 03036(1)-03036(5).
13. International Center for Diffraction Data. Powder Diffraction Files (PDF-2). – N: 01-080-5958.
14. Мухортов В.М., Толмачѐв Г.Н., Мащенко А.И. Влияние внутренних параметров системы ВЧ осаждения на механизм синтеза и кристаллизации пленок Pb(Zr,Ti)O3 в процессе их роста // ЖТФ. – 1993. – Т. 63, № 11. – С. 135-142.
15. Мухортов В.М., Юзюк Ю.И. Гетероструктуры на основе наноразмерных сегнетоэлектрических пленок: получение, свойства и применение. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2008. – 224 с.
16. Барфут Дж. Введение в физику сегнетоэлектрических явлений: пер. с анг. – М.: Мир, 1970. – 352 с.
17. Смоленский Т.А., Боков В.А., Крайник Н.Н., Пасынков Р.Е., Шур М.С. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики. – М.: Наука, 1979. – 476 с.
18. Пиралова А. Т., Алёшин В.А., Мухортое ЕМ., Дудкевич В.П., Фесенко Е.Г. Термодинамическая теория сегнетоэлектриков титаната бария // Кристаллография. – 1986. – № 6 (31). – C. 1175.
19. Krupanidhi S.B., Maffei N., Sayer M. et al. RF planar magnetron sputtering and characterization of ferroelectric Pb(Zr,Ti)03 // J.Appl.Phys. – 1983. – Vol. 54, No. 11. – P. 6601-6609.
20. Сыров А. Датчики малых ускорений компании Freescale Semiconductor // Компоненты и технологии. – 2010. – № 2. – С. 15-20.

Comments are closed.