RU186911U1 - ПОРИСТЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3 - Google Patents

ПОРИСТЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3 Download PDF

Info

Publication number
RU186911U1
RU186911U1 RU2018137869U RU2018137869U RU186911U1 RU 186911 U1 RU186911 U1 RU 186911U1 RU 2018137869 U RU2018137869 U RU 2018137869U RU 2018137869 U RU2018137869 U RU 2018137869U RU 186911 U1 RU186911 U1 RU 186911U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lower electrode
electrode
ferroelectric film
upper electrode
perovskite
Prior art date
Application number
RU2018137869U
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Сергеевич Вишневский
Константин Анатольевич Воротилов
Нина Михайловна Котова
Дмитрий Сергеевич Серегин
Александр Сергеевич Сигов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет"
Priority to RU2018137869U priority Critical patent/RU186911U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU186911U1 publication Critical patent/RU186911U1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

Использование: для создания электрических конденсаторов с нелинейным диэлектриком. Сущность полезной модели заключается в том, что пористый сегнетоэлектрический конденсатор содержит нижний электрод и верхний электрод, разделенные бездефектной кристаллической сегнетоэлектрической пленкой на основе цирконата-титаната свинца с равномерным включением пор, при этом сегнетоэлектрическая пленка, нижний электрод и верхний электрод сформированы методом химического осаждения из растворов, нижний электрод и верхний электрод выполнены из идентичного материала - проводящего LaNiO, имеющего перовскитную природу подобную сегнетоэлектрической пленке, нижний электрод выполнен в виде столбчатых зерен перовскита с преимущественной кристаллографической ориентацией. Технический результат - обеспечение возможности более технологичного создания конденсаторов. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области электрических устройств, а именно к электрическим конденсаторам с нелинейным диэлектриком, и может быть использована в технологии микроэлектронного производства широкого класса управляемых электрическим полем элементов и пьезоэлектрических устройств микромеханики, а также разнообразных датчиков, преобразователей и пьезоэлектрических генераторов электрической энергии.
Из уровня техники известен пористый сегнетоэлектрический конденсатор, содержащий нижний электрод и верхний электрод, разделенные бездефектной кристаллической сегнетоэлектрической пленкой на основе цирконата-титаната свинца с равномерным включением пор [Stancu V. et al. Effects ofporosity on ferroelectric properties of Pb(Zr0.2Ti0.8)O3 films // Thin Solid Films. - 2007. - V.515. - P.6557-6561 (аналог)].
Недостатком аналога является использование в качестве материалов нижнего электрода и верхнего электрода драгоценных металлов - платины и золота соответственно. При этом сегнетоэлектрическую пленку формируют методом химического осаждения из раствора, а нижний электрод и верхний электрод напыляют методом термического испарения в вакууме. Эти методы не могут быть реализованы в рамках одного технологического цикла. В свою очередь использование разных материалов нижнего электрода и верхнего электрода усложняет характеризацию и работу пористого сегнетоэлектрического конденсатора, т.к. требуется учитывать поправку на различные значения работы выхода электрона.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пористый сегнетоэлектрический конденсатор, содержащий нижний электрод и верхний электрод, разделенные бездефектной кристаллической сегнетоэлектрической пленкой на основе цирконата-титаната свинца с равномерным включением пор [патент RU 162401 U1, опубл. 10.06.2016]. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Также как и в аналоге, в качестве материала нижнего электрода в прототипе используется платина, а в качестве материала верхнего электрода в полупроводниковой промышленности обычно применяют золото или платину, реже - иридий, рутений, родий, палладий и прочие драгоценные металлы. При этом сегнетоэлектрическую пленку формируют методом химического осаждения из раствора, а нижний электрод и верхний электрод напыляют методом термического испарения в вакууме. Эти методы не могут быть реализованы в рамках одного технологического цикла.
В основу предлагаемой полезной модели положена задача достижения следующего технического результата: уменьшение стоимости пористого сегнетоэлектрического конденсатора за счет замены материала электродов на более дешевый и технологичный.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются за счет того, что в пористом сегнетоэлектрическом конденсаторе, содержащем нижний электрод и верхний электрод, разделенные бездефектной кристаллической сегнетоэлектрической пленкой на основе цирконата-титаната свинца с равномерным включением пор, согласно предложенной полезной модели, сегнетоэлектрическая пленка, нижний электрод и верхний электрод сформированы методом химического осаждения из растворов, нижний электрод и верхний электрод выполнены из идентичного материала, проводящего LaNiO3, имеющего перовскитную природу подобную сегнетоэлектрической пленке, нижний электрод выполнен в виде столбчатых зерен перовскита с преимущественной кристаллографической ориентацией.
Формирование сегнетоэлектрической пленки, нижнего электрода и верхнего электрода методом химического осаждения из растворов позволяет изготавливать пористый сегнетоэлектрический конденсатор в рамках одного технологического цикла.
Выполнение нижнего электрода и верхнего электрода из идентичного материала обеспечивает более простую характеризацию и работу пористого сегнетоэлектрического конденсатора, не требующие учета поправки на различные значения работы выхода электрона.
Выполнение нижнего электрода и верхнего электрода из проводящего LaNiO3, имеющего перовскитную природу подобную сегнетоэлектрической пленке, позволяет увеличить количество циклов усталостного нагружения (до 108).
Выполнение нижнего электрода в виде столбчатых зерен перовскита с преимущественной кристаллографической ориентацией обеспечивает эпитаксиальный рост перовскитных зерен сегнетоэлектрической пленки на поликристаллической структуре нижнего электрода из LaNiO3, наследуя его кристаллографическую ориентацию, что также способствует снижению температуры кристаллизации сегнетоэлектрической пленки примерно на 50°С относительно прототипа.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично изображен пористый сегнетоэлектрический конденсатор с электродами из LaNiO3.
Пористый сегнетоэлектрический конденсатор с электродами из LaNiO3 содержит нижний электрод 1 и верхний электрод 2, разделенные бездефектной кристаллической сегнетоэлектрической пленкой 3 на основе цирконата-титаната свинца. В объеме сегнетоэлектрической пленки 3 равномерно распределены поры 4. Сегнетоэлектрическая пленка 3, нижний электрод 1 и верхний электрод 2 сформированы методом химического осаждения из растворов. Нижний электрод 1 и верхний электрод 2 выполнены из идентичного материала - проводящего LaNiO3, имеющего перовскитную природу подобную сегнетоэлектрической пленке 3. Нижний электрод 1 выполнен в виде столбчатых зерен перовскита 5 с преимущественной кристаллографической ориентацией.
Пористый сегнетоэлектрический конденсатор с электродами из LaNiO3 работает следующим образом.
При приложении механического напряжения (сжатия, растяжения или сдвига) к сегнетоэлектрической пленке 3 на гранях ее элементарных ячеек возникают электрические заряды противоположных знаков, и сегнетоэлектрическая пленка 3 в целом поляризуется, создавая между нижним электродом 1 и верхним электродом 2 разность потенциалов, причем при изменении направления деформации изменяются и знаки зарядов (т.н. прямой пьезоэлектрический эффекте).
При приложении разности потенциалов между нижним электродом 1 и верхним электродом 2 дипольные моменты элементарных ячеек сегнетоэлектрической пленки 3 ориентируются в направлении вектора напряженности внешнего электрического поля, и она поляризуется в соответствии с полярностью поданного напряжения. В результате поляризации происходит механическая деформация сегнетоэлектрической пленки 3, которая проявляется в виде изменения линейных размеров (сжатия или растяжения) вдоль вектора напряженности внешнего электрического поля (т.н. обратный пьезоэлектрический эффект). При отключении напряжения состояние поляризации сегнетоэлектрической пленки 3 в значительной степени сохраняется в течение длительного времени (т.н. остаточная поляризация).
На прямом пьезоэлектрическом эффекте основан принцип действия различных датчиков и пьезоэлектрических генераторов электрической энергии, а на обратном - принцип работы исполнительных элементов микроэлектромеханических систем и преобразователей.
Изготовление предлагаемой полезной модели может быть осуществлено (технически реализовано) следующим образом.
Процесс изготовления пористого сегнетоэлектрического конденсатора с электродами из LaNiO3 начинают с приготовления безводного пленкообразующего раствора на основе цирконата-титаната свинца, осуществляемого, например, в соответствии со способом, описанным в [патент RU 2470866 С1, опубл. 27.12.2012], и пленкообразующего раствора никелата лантана с мольным соотношением La:Ni=1:1. Последний получают путем растворения соответствующего. количества ацетата лантана [La(СН3СОО)з] и тетрагидрата ацетата никеля [Ni(СН3СОО)3⋅4H2O] в ледяной уксусной кислоте (СН3СООН) при температуре 110°С и перемешивания смеси в течение 90 мин, после чего охлаждают до 70°С и добавляют уксусную кислоту для разбавления исходного раствора до требуемой мольной концентрации, например, 0,3 М. Затем, пленкообразующий раствор охлаждают при перемешивании до температуры 20÷25°С, после чего пропускают через фильтр с размером пор 20-22 мкм.
Безводный пленкообразующий раствор на основе цирконата-титаната свинца может дополнительно содержать, по меньшей мере, одну легирующую добавку (например, лантан или ниобий) для снижения токов утечки в сегнетоэлектрической пленке 3 за счет компенсации свободных носителей заряда (дырок).
В приготовленный безводный пленкообразующий раствор на основе цирконата-титаната свинца вводят до 20 мас.% порогена в виде молекул органического полимера, содержащих амидные и/или этиленовые группы, осуществляемого, например, в соответствии с [патент RU 162401 U1, опубл. 10.06.2016].
Для непосредственного изготовления пористого сегнетоэлектрического конденсатора с электродами из LaNiO3 берут подложку, на которой, при необходимости, формируют диэлектрический, адгезионный и барьерный подслои. Затем наносят пленкообразующий раствор никелата лантана, например, методом центрифугирования при скорости вращения 2000÷3000 об/мин. Полученный слой сушат при температуре 150÷250°С в течение 5 мин и подвергают пиролизу при температуре 400÷500°С в течение 10 мин. В результате этой операции формируется слой твердого раствора LaNiO3. Затем таким же образом сверху формируют остальные слои твердого раствора LaNiO3 путем послойного нанесения, сушки и пиролиза. Количество слоев твердого раствора LaNiO3 зависит от необходимой толщины формируемого нижнего электрода 1. После этого проводят кристаллизацию LaNiO3 при температуре 600÷700°С в течение 15 мин для получения нижнего электрода 1.
Следующим этапом на нижний электрод 1 наносят безводный пленкообразующий раствор на основе цирконата-титаната свинца, например, методом центрифугирования при скорости вращения 2500÷3000 об/мин. Затем полученный слой сушат при температуре 150÷250°С в течение 5 мин и подвергают пиролизу при температуре 350÷450°С в течение 10 мин. В результате этой операции формируется слой твердого раствора Pb(Zr,Ti)O3. Затем таким же образом сверху формируют остальные слои твердого раствора Pb(Zr,Ti)O3 путем послойного нанесения, сушки и пиролиза. Количество слоев твердого раствора Pb(Zr,Ti)O3 зависит от необходимой толщины формируемой сегнетоэлектрической пленки 3. После этого проводят кристаллизацию при температуре 600÷700°С в течение 15 мин для получения сегнетоэлектрической пленки 3.
Изготовление пористого сегнетоэлектрического конденсатора с электродами из LaNiO3 заканчивают нанесением на сегнетоэлектрическую пленку 3 верхнего электрода 2, выполняемым аналогично формированию нижнего электрода 1.
Предложенная полезная модель позволяет уменьшить стоимости пористого сегнетоэлектрического конденсатора за счет замены материала электродов на более дешевый и технологичный.

Claims (1)

  1. Пористый сегнетоэлектрический конденсатор, содержащий нижний электрод и верхний электрод, разделенные бездефектной кристаллической сегнетоэлектрической пленкой на основе цирконата-титаната свинца с равномерным включением пор, отличающийся тем, что сегнетоэлектрическая пленка, нижний электрод и верхний электрод сформированы методом химического осаждения из растворов, нижний электрод и верхний электрод выполнены из идентичного материала, проводящего LaNiO3, имеющего перовскитную природу, подобную сегнетоэлектрической пленке, нижний электрод выполнен в виде столбчатых зерен перовскита с преимущественной кристаллографической ориентацией.
RU2018137869U 2018-10-26 2018-10-26 ПОРИСТЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3 RU186911U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018137869U RU186911U1 (ru) 2018-10-26 2018-10-26 ПОРИСТЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018137869U RU186911U1 (ru) 2018-10-26 2018-10-26 ПОРИСТЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU186911U1 true RU186911U1 (ru) 2019-02-11

Family

ID=65442062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018137869U RU186911U1 (ru) 2018-10-26 2018-10-26 ПОРИСТЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU186911U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU210435U1 (ru) * 2021-09-15 2022-04-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА Российский технологический университет» САМОСОВМЕЩЕННЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5817170A (en) * 1993-06-22 1998-10-06 Ceram Incorporated Low temperature seeding process for ferroelectric memory device
US6337032B1 (en) * 1995-07-27 2002-01-08 Nortel Networks Limited Sol-gel precursor and method for formation of ferroelectric materials for integrated circuits
RU2470866C1 (ru) * 2011-06-22 2012-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики" Способ приготовления безводных пленкообразующих растворов для формирования сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца с низкой температурой кристаллизации
RU2530534C1 (ru) * 2013-10-02 2014-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики" Способ изготовления сегнетоэлектрического конденсатора

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5817170A (en) * 1993-06-22 1998-10-06 Ceram Incorporated Low temperature seeding process for ferroelectric memory device
US6337032B1 (en) * 1995-07-27 2002-01-08 Nortel Networks Limited Sol-gel precursor and method for formation of ferroelectric materials for integrated circuits
RU2470866C1 (ru) * 2011-06-22 2012-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики" Способ приготовления безводных пленкообразующих растворов для формирования сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца с низкой температурой кристаллизации
RU2530534C1 (ru) * 2013-10-02 2014-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики" Способ изготовления сегнетоэлектрического конденсатора

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU210435U1 (ru) * 2021-09-15 2022-04-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА Российский технологический университет» САМОСОВМЕЩЕННЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhao et al. Recoverable self-polarization in lead-free bismuth sodium titanate piezoelectric thin films
JP2021193738A (ja) 膜構造体及び成膜装置
Zhao et al. Preparation and electrical properties of Pb (Zr0. 52Ti0. 48) O3 thick films embedded with ZnO nanowhiskers by a hybrid sol–gel route
Kim et al. High‐performance (Na0. 5K0. 5) NbO3 thin film piezoelectric energy Harvester
KR20140097875A (ko) 스프레이 코팅을 통해 제조된 β-상 PVDF 필름을 포함하는 압전소자
CN106104826B (zh) 掺杂Mn的PZT系压电膜形成用组合物及掺杂Mn的PZT系压电膜
RU186911U1 (ru) ПОРИСТЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3
US9780295B2 (en) Lead-free piezoelectric material
EP4162541A1 (en) Piezoelectric assembly and process of forming a piezoelectric assembly
CN110527952A (zh) 一种钛酸钡/镍酸镧铁电超晶格薄膜材料及其制备方法
Pintilie et al. Properties of perovskite ferroelectrics deposited on F doped SnO2 electrodes and the prospect of their integration into perovskite solar cells
KR101440484B1 (ko) 스프레이 코팅을 이용한 β-상 PVDF 필름의 제조방법
JP6910631B2 (ja) 膜構造体及びその製造方法
CN110643948A (zh) 一种钛酸锶/钌酸锶铁电超晶格薄膜材料及其制备方法
Ohno et al. Preparation and characterization of alkoxide-derived lead-free piezoelectric barium zirconate titanate thin films with different compositions
JP4766299B2 (ja) (111)配向pzt系誘電体膜形成用基板、この基板を用いて形成されてなる(111)配向pzt系誘電体膜
CN109279652A (zh) 一种铂-锆钛酸铅纳米复合铁电薄膜材料及制备方法
CN115623851A (zh) 一种柔性可弯曲压电氧化物薄膜及其制备方法和应用
RU162401U1 (ru) Пористый сегнетоэлектрический конденсатор
RU2530534C1 (ru) Способ изготовления сегнетоэлектрического конденсатора
CN1453832A (zh) 氧化介电薄膜的气相生长方法
KR20140102005A (ko) 발전효율이 향상된 이종접합 구조인 발전소자의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 발전소자
RU153583U1 (ru) Сегнетоэлектрический конденсатор
CN106463608B (zh) Pzt薄膜层叠体和pzt薄膜层叠体的制造方法
Lee et al. Structural Properties of PZT (80/20) Thick Films Fabricated by Screen Printing Method