In this study, the multilayered thin films of (Ba,Sr)TiO3/K(Ta,Nb)O3 were fabricated by the sol-gel and spin coating methods, and their structural and electrical properties were investigated. The specimen showed polycrystalline X-ray diffraction (XRD) characteristics with a tetragonal structure. The average grain size and film thickness for one coating were about 30~40nm and 60nm, respectively. The phase transition temperature of specimen was lower than 10 ℃. The dielectric constant and loss at 20 ℃ of the specimen coated six times were 1,231 and 0.69, respectively. The rate of change in dielectric constant at an applied direct current (DC) voltage of the six times coated thin films was 17.3%/V. The electrocaloric effect was the highest around the temperature at which the remanent polarization rapidly changed. When an electric field of 660kV/cm was applied to the triply coated thin films, the highest electrocaloric property of 4.41 ℃ was observed.
This study was conducted on the structural and electrical properties of (Ba0.7Sr0.3)TiO3 thin films prepared by the sol-gel and spin-coating methods in order to investigate their applicability to electrocaloric devices. All specimens showed a tetragonal crystal structure and lattice constants of a = 3.972 Å, c = 3.970 Å. The mean grain size of specimens sintered at 800 ℃ was about 30 nm, and the average thickness of 5 times coated specimens was 304~311 nm. In the specimen sintered at 750 ℃, The relative dielectric constant and loss of specimens measured at 20 ℃ were 230 and 0.130, respectively, while dependence of the dielectric constant on unit DC voltage was -8.163 %/V. The remanent polarization and coercive fields were 95.5 μC/㎠ and 161.3 kV/cm at 21 ℃, respectively. And, the highest electrocaloric property of 2.69 ℃ was observed when the electric field of 330 kV/cm was applied.
The rapid thermal annealing effects of Sol-Gel derived ferroelectric PZT thin films were investigated. It was found that rapid thermal annealing(RTA) of spin coated thin films on silicon typically >$800^{\circ}C$ for about 1 min. was changed to the perovskite phase. Rapid thermally annealed films recorded maximum remanent polarization of about 5 .mu.C/cm$^{2}$, coercive field of around 30kV/cm. The switching time for polarization reversal was about 220ns. The films of RTA process showed smooth surface, and high breakdown voltages of over 1 MV/cm and resistivity of $1{\times}{10^12}$ .ohm.cm at 1 MV/cm. It was verified that the polarization reversal of the PZT film was varied partially with applying the multiple short pulse.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.4
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pp.543-548
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2018
Ferroelectric $Bi_4Ti_3O_{12}$ films were deposited on $SrTiO_3(100)$ and Si(100) substrate by using conductive $SrRuO_3$ films as underlayer, and their ferroelectric and electrical properties were investigated depending on crystal structure and orientation. C-axis oriented $Bi_4Ti_3O_{12}$ films were grown on well lattice-matched pseudo-cubic $SrRuO_3$ films deposited on $SrTiO_3(100)$ substrate, while random-oriented polycrystalline $Bi_4Ti_3O_{12}$ films were grown on $SrRuO_3$ films deposited on Si(100) substrate. The random-oriented polycrystalline film showed a good ferroelectric hysteresis property with remanent polarization ($P_r$) of $9.4{\mu}C/cm^2$ and coercive field ($E_c$) of 84.9 kV/cm, while the c-axis oriented film showed $P_r=0.64{\mu}C/cm^2$ and $E_c=47kV/cm$ in polarizaion vs electric field curve. The c-axis oriented $Bi_4Ti_3O_{12}$ film showed a dielectric constant of about 150 and lower thickness dependence in dielectric constant compared to the random-oriented film. Furthermore, the c-axis oriented $Bi_4Ti_3O_{12}$ film showed leakage current lower than that of the polycrystalline film. The difference of ferroelectric properties in two films was explained from the viewpoint of depolarization effect due to orientation of spontaneous polarization and layered crystal structure of bismuth-base ferroelectric oxide.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.39
no.3
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pp.1-8
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2002
In order to study electric properties of (Pb$\_$0.9/La$\_$0.1/)Ti$\_$0.975/O$_3$(PLT (10)) films with varying excess lead concentration (7.5, 10, 12.5, 15 ㏖% excess lead), the PLT films were deposited by sol-gel process. DTA analyses reveal that the crystallization temperature of the precursor powers decreased with increasing amount of excess lead. XRD patterns of PLT reveal pure perovskite structure and the preferred orientation increased with increasing Pb content in the films. With increasing amount of excess P$\_$b/, the relative permittivity ($\xi$$\_$r/) increased and leakage current density at 100 ㎸/cm transformed 4.01$\times$10$\^$-5/, 2.42$\times$10$\^$-6/, 1.27$\times$10$\^$-6/, 1.56$\times$10$\^$-6/A/㎠ respectively. In the results of hysteresis loops measured at 166 kV/cm, the remanent polarization (P$\_$r/) and the coercive field (E$\_$c) are 6.36$\mu$C/cm and 58.7 ㎸/cm, respectively (at 12.5 ㏖% excess P$\_$b/) With increasing amount of excess Pb, the remanent polarization for PLT thin film degraded to about 44%, 27%, 15%, 16% of the initial value after 10$\^$9/ cycles./TEX>) With increasing amount of excess Pb, the remanent polarization for PLT thin film degraded to about 44%, 27%, 15%, 16% of the initial value after $10^{9}$ cycles.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.38
no.5
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pp.313-322
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2001
The effects of Zr/Ti concentration ratio in PLZT (10/y/z) thin films prepared by sol-gel method are investigated for the NVFRAM application. Rosette and pyrochlore phase are observed in PLZT (10/40/60) thin film and the (100) orientation, the grain size, and the surface roughness of PLZT thin films increase due to the increase of Ti amount in Zr/Ti concentration ratio. As Ti amount of Zr/Ti concentration ratio increases, the dielectric constants at 10KHz decrease from 600 to 400, while the loss tangents increase from 0.028 to 0.053 and the leakage current densities at 170 kY/cm decrease from 1.64$\times$10$^{-6}$ to 1.26$\times$10$^{-7}$ A/$\textrm{cm}^2$. In the results of hysteresis loops measured at $\pm$ 170 ㎸/cm, the remanent polarization and the coercive field increase from 6.62 to 12.86 $\mu$C/$\textrm{cm}^2$ and from 32.15 to 56.45 ㎸/cm, respectively, according to the change from 40/60 to 0/100 in Zr/Ti concentration ratio. Fatigue and retention properties also improve much as the Zr/Ti concentration ratio change from 40/60 to 0/100. After applying 10$^{9}$ square pulses with $\pm$5V, the remanent polarization of the PLZT (10/40/60) thin film decreases 50% from the initial state while that of the PLZT (10/0/100) thin film decreases 30%. In the results of retention measurements of 10$^{5}$ s, the remanent polarization of the PLZT (10/0/100) thin film decreases only 11% from the initial state, while that of the PLZT (10/40/60) thin film decreases 40%.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.9
no.5
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pp.1066-1072
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2005
The effects of La concentration in PLZT (z/30/70) thin film prepared by sol-gel method are investigated for the NVFRAM application. As the La concentration increases, the dielectric constants at 10 kHz increase from 450 to 600, while the loss tangent and the leakage current density at 100 kV/cm decrease from 0.075 to 0.025 and from $5.83{\times}10^{-7}\;to\;1.38{\times}10^{-7}\;A/cm^2,$ respectively. In the results of hysteresis loops measured at 175 kV/cm, the remanent polarization and the coercive field decrease from 20.8 to $10.5{\mu}C/cm^2$ and from 54.48 to 32.12 kV/cm, respectively, with the increase of La concentration from 0 to $10mol\%.$ After applying for $10^9$ cycles of square pulses with ${\pm}5V$ height, the remanent polarization of the PLZT (10/30/70) thin film decreases $40\%$ from the initial state, while that of the PLZT (10/30/70) thin film decreases $64\%.$.
$BiFeO_3/Pb(Zr_{0.52}Ti_{0.48})O_3$(BFO/PZT) multilayer thin films have been prepared on a Pt/Ti/$SiO_2$/Si(100) substrate by chemical solution deposition. BFO single layer, BFO/PZT bilayer and multilayer thin films were studied for comparison. X-ray diffraction analysis showed that the crystal structure of all films was multi-orientated perovskite phase without amorphous and impurity phase. The leakage current density at 500 kV/cm was reduced by approximately four and five orders of magnitude by bilayer and multilayer structure films, compared with BFO single layer film. The low leakage current density leads to saturated P-E hysteresis loops of bilayer and multilayer films. In BFO/PZT multlayer film, saturated remanent polarization of $44.3{\mu}C/cm^2$ was obtained at room temperature at 1 kHz with the coercive field($2E_c$) of 681.4 kV/cm.
Kim, Yoo-Taek;Kim, Eung-Soo;Chae, Jung-Hoon;Ryu, Jae-Ho
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.39
no.9
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pp.829-834
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2002
Ferroelectric properties of $ErMnO_3$ thin films deposited on Si(100) substrate using Sol-gel process with metal salts were investigated. $ErMnO_3$ thin films with a (001) preferred orientation were crystallized at 800$^{\circ}C$. The $ErMnO_3$ thin film post-annealed at 800$^{\circ}C$ for 1 h showed the dielectric constant(k) of 26 and the dielectric loss(tan ${\delta}$) of 0.032 at the frequency range from 1 to 100 KHz. The grain size of $ErMnO_3$ thin film post-annealed at 800 for 1 h was 10∼30 nm. The remanent polarization($P_r$) of the $ErMnO_3$ thin films increased with increasing (001) preferred orientation. The $ErMnO_3$ thin films post-annealed at 800$^{\circ}C$ for 1 h showed the remanent polarization($P_r$) of 400 nC/$cm^2$, with the increase of post-annealing time at 800$^{\circ}C$, the coercive field($E_c$) of thin films was lowered because the dense and homogeneous thin films were obtained.
Polarization and strain induced by unipolar electric field (P\ulcorner, S\ulcorner), those induced by bipolar electric field (P, S) and remanent polarization (P\ulcorner) were investigated in 0.9Pb(Mg\ulcornerNb\ulcorner)O$_3$-$0.1PbTiO_3$relaxor ferroelectric ceramics in the temperature range of $-50^{\circ}C$~$90^{\circ}C$. From the temperature dependence of polarization and strain, the transition from predominantly paraelectric (electrostrictive) to partially ferroelectric (piezoelectric) is visualized. Under the given temperature, the P\ulcorner/P\ulcorner is always larger than the S\ulcorner/S\ulcorner and the difference between them becomes larger ass the temperature decrease. The S\ulcorner/P\ulcorner increases as the temperature decreased below phase transition temperature. It was suggested that these experimental results might be explained with a simple rigid ion model concentrating on BO\ulcorner octahedron.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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