Preparação e caracterização de filmes finos de 'BA''BI IND.2''TA IND.2''O IND.9(BBT)' e 'BA''BI IND.2''NB IND.2''O IND.9(BBN)'

Abstract

Nos últimos anos, filmes finos dos óxidos ferroelétricos de camadas de bismuto, também conhecidos como compostos pertencentes à família do Aurivillius, têm sido extensivamente estudados para aplicações em memórias ferroelétricas de acesso aleatório (FERAM). No entanto, muito pouco se sabe a respeito da preparação e propriedades dielétricas de filmes de BaBi2Ta2O9 (BBT) e BaBi2Nb2O9 (BBN), bem como a respeito da estrutura do BBT. Por isso, numa primeira etapa deste trabalho, pós de BBT foram preparados pelo método Pechini, para a determinação da estrutura. A formação de fases foi acompanhada por DRX. O pó calcinado a 800 oC por 2 horas e sinterizado a 850 oC por 4 horas apresentou 100% da fase BBT. A estrutura do BBT foi determinada pelo Método de Rietveld. Verificou-se que o BBT tem estrutura tetragonal com grupo espacial I4/mm, os cátions Ba e Bi compartilham ambos os sítios 2b e 4e. A fórmula (Ba0,70Bi0,30)(Bi1,64Ba0,36)Ta2O9 pode ser usada para escrever sua fórmula unitária. Numa segunda etapa, filmes finos de BBT e BBN foram preparados pelo método químico de Pechini. As soluções foram depositadas por “spin-coanting” em substratos de Pt/TiO2/SiO2/Si e rotacionados a 3000 rpm durante 30 segundos. Após a deposição os filmes foram tratados termicamente entre 600 e 800 oC sob atmosfera de oxigênio. Os filmes foram analisados por DRX, MEV, MFA, MET e propriedades elétricas. Os filmes preparados por este processamento apresentaram microestrutura heterogênea e piores propriedades dielétricas. Visando controlar a microestrutura e obter melhores propriedades dielétricas, foram feitas algumas modificações no processamento, tais como, adição de excesso de bismuto e adição de uma camada intermediária de tungstênio entre as camadas dos filmes de BBT ou BBN. Tanto a adição de excesso de bismuto como a utilização do dopante tungstênio...

In recent years the layered-structure perovskites, also known as Aurivillius compounds have attracted considerable attention for use in ferroelectric random access memories (FeRAM). However, there is little information available about the preparation and dielectric properties of BaBi2Ta2O9 (BBT) and BaBi2Nb2O9 (BBN) thin films, as well as, about the structure of BBT. Therefore, firstly BBT powders were prepared by Pechini method and the phase formation was verified by XRD. The powder calcined at 800 oC / 2 hours and sintered at 850 oC / 4h showed 100% of BBT phase. The structure of BBT was determined by the Rietveld method. BBT shows tetragonal structure (I4/mmm), and Ba and Bi share both the 2b and 4e sites. The (Ba0,70Bi0,30)(Bi1,64Ba0,36)Ta2O9 can be used to describe its unit formula. Secondly, thin films of BBT and BBN were prepared by Pechini method. They were deposited by spin coating over Pt/TiO2/SiO2/Si substrates followed by annealing under oxygen flux at different temperature. The thin films were analyzed by XRD, SEM, AFM, TEM and electric properties. The thin films showed heterogeneous microstructure and worst dielectric properties. Aiming to control the microstructure, it was done some modification during the process of preparation of BBT and BBN thin films. The use of Bi excess as well as the use of W6+ as dopant was favorable to control the microstructure and to obtain better dielectric properties. The best values to dielectric constant and dissipation factor were obtained for BBT thin films with addition of 5 wt% Bi excess heat annealed at 750 oC for 1 hour and BBN thin films with addition of 2 wt% Bi excess heat annealed at 700 oC for 1 hour The typical measured small signal dielectric constant and dissipation factor at 100 kHz were 210 and 0,025 for BBT and 356 and 0,023 for BBN, respectively...(Complete abstract click electronic access below)