1 Uzbekistan, Samarkand электронный выпуск ксерогели, стекло и объёмные керамические материалы Перспективные материалы для применений в области

 

---

СЕКЦИЯ 3. «ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПЛЁНКИ, ПОКРЫТИЯ И МЕМБРАНЫ» 
27 
 
ФОРМИРОВАНИЕ ПОРИСТЫХ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ПЛЕНОК ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОДОМ 
Котова Н.М., Вишневский А.С., Серегин Д.С., Воротилов К.А. 
МИРЭА – Российский технологический университет (РТУ МИРЭА), Москва, Россия 
e-mail:
 
[e-mail]
 
 
Abstract.
Formation of porous sol-gel ferroelectric PZT films is studied. It is shown that 
prevention of strong shrinkage and preservation of ferroelectric properties are realized through use of 
an anhydrous film-forming solution. In this case, addition of porogen to the trimetallic complex occurs 
via the donor-acceptor mechanism which no suppresses condensation reactions. This promotes to 
formation of a branched spatial oxide network which then transforms into more structurally perfect 
perovskite grains. 
Относительно толстые (более 1 мкм) сегнетоэлектрические пленки являются 
востребованными при изготовлении электрических конденсаторов с нелинейным диэлектриком 
для использования в технологии производства пьезоэлектрических устройств микромеханики, а 
также разнообразных датчиков и пьезоэлектрических преобразователей [1]. Одним из 
представителей сегнетоэлектриков является цирконат-титанат свинца (ЦТС). При 
формировании пленок ЦТС золь-гель методом типичная толщина слоя за одно нанесение, в 
зависимости от концентрации, составляет 25–250 нм и ограничена растрескиванием плотной 
пленки в процессе термообработки из-за возникающих механических напряжений при ее 
усадке. Конечная толщина пленок ЦТС при многократном нанесении слоев обычно составляет 
100–500 нм. Эффективным способом увеличения толщины пленок является введение в 
пленкообразующий (ПО) раствор ЦТС органического полимера (порогена), который 
увеличивает вязкость наносимого раствора и при отжиге подвергается деструкции, образуя 
равномерную пористую структуру. 
В настоящей работе исследованы эллипсометрические и электрофизические 
характеристики пористых сегнетоэлектрических пленок Pb
1,14
Zr
0,48
Ti
0,52
O
3
, полученных золь-
гель методом из безводного ПО раствора на основе ЦТС, в который вводили пороген в виде 
молекул органического полимера: либо поливинилпирролидон (ПВП) с м.в. 29 000 и 360 000 в 
концентрации от 0 до 20 мас. %, либо Brij
®
76 с м.в. 711 в концентрации 30, 40 и 60 мас. %. Для 
приготовления безводного ПО раствора на основе ЦТС использовали н-пропилат циркония 
Zr(O
n
Pr)
4
c м.в. 327,6 в виде 70% раствора в 1-пропаноле, изопропилат титана Ti(O
i
Pr)
4
99,999% 
c м.в. 284,2 и обезвоженный ацетат свинца (II) Pb(CH
3
COO)
2
, полученный методом 
твердофазного синтеза [2]. В качестве растворителя был использован бутилцеллозольв 99,8% с 
содержанием воды не более 0,05 мас. %. 
Пленки наносили послойно (до 20 слоев) методом центрифугирования гомогенного ПО 
раствора на подложки платинированного монокристаллического кремния со структурой 
Si / SiO
2
200 нм / TiO
2
10 нм / Pt 150 нм при скорости вращения ~2500 об/мин. Термообработку 
каждого слоя пленки проводили в 2 этапа: сушка в импульсной ИК-печи при ~200°C в течение 
5 мин., затем пиролиз в изотермической печи при 400°С в течение 10 мин для формирования 
слоя твердого раствора. Таким же образом сверху формировали остальные слои твердого 
раствора путем послойного нанесения, сушки и пиролиза ПО раствора. Кристаллизацию 
проводили при 650°С в течение 15 мин., причем после нанесения каждых пяти слоев, если их 
было более 10-ти, для исключения растрескивания. 
Толщину и показатель преломления пленок оценивали методом спектральной 
эллипсометрии на установке Sentech SE850. Расчет относительной пористости выполнен по 
модели эффективной среды в приближении Лоренца-Лоренца. Измерения петель 
диэлектрического гистерезиса проводили при частоте 100 Гц с помощью специализированного 
комплекса AixACCT TF Analyzer 2000. Вольт-фарадные характеристики получены при 100 кГц 

---