Desenvolvimento de filmes finos multiferróicos de BiFeO3 modificadas com Ca com potencial aplicação em memórias de multiplos estados
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Data
2018-07-11
Autores
Gonçalves, Lucas Fabricio
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Os elementos de memórias de múltiplos estados nos quais a informação pode ser armazenada tanto nos estados de polarização quanto no estado de magnetização espontânea do elemento, podem ser obtidos, através da fabricação de filmes finos texturizados de BiFeO3 (BFO) dopados com Cálcio, sobre eletrodo de (Pt/TiO2/SiO2/Si), visando otimizar as propriedades ferroeletromagnêticas. O método Pechini ou percursores poliméricos, depositados por “Spin-Coating”, é relativamente de fácil controle e baixo custo para a deposição de filmes finos texturizados. O cristal do BiFeO3 possui uma estrutura perovskita distorcida em um sistema romboédrica , mas em formato de filme fino encontramos uma fase pseudo tetragonal favorável as propriedades de memorias de múltiplos estados, como a diminuição da degradação, aumento da polarização espontânea e remanescente, diminuição na corrente de fuga, diminuição do tempo de resposta ao impulso, crescimento epitaxial, controle de vacâncias de oxigênio e diminuição de fases secundarias. Tudo isso é atingido, através de variações das resinas, controlando a volatização excessiva do Bismuto e de parâmetros no crescimento do filme, como, o tempo e temperatura de cristalização, da quantidade de dopante Ca, na variação de diferentes eletrodos óxidos de base para produção do filme fino. Apesar das excelentes propriedades dos filmes finos de BiFeO3 (BFO), dois sérios problemas são comumente encontrados para imediata aplicação deste material em memórias multiferróicas: alta densidade de corrente, resultado da flutuação de valência dos íons Fe (Fe3+ para Fe2+) com consequente criação de vacâncias de oxigênios, da existência de fases secundárias e elevado campo coercitivo causado pelo grande número de contornos de grãos, que restringe a reversão da polarização. Uma transição condutor-isolante foi observada pela dopagem do BFO com Ca devido ao completo preenchimento dos níveis de fermi levando a uma transição ferroelétrico-antiferromagnético. Além disso, o uso do cálcio como dopante (x = 0,30) melhora as propriedades ferroelétricas dos filmes de BFO pois: reduz a resistência a fadiga, a retenção de dados e o campo coercitivo do filme suprimindo a volatilização de óxido de bismuto e a presença de vacâncias de oxigênio. A cristalização de filmes em eletrodos condutores de LSCO, no forno de microondas conduziu a uma excelente resposta piezoelétrica, quando comparada aos eletrodos de LaNiO3 devido à restrição das cargas espaciais para interface filme-substrato.
The multi-state memory elements in which the information can be stored in both the polarization states and the spontaneous magnetization state of the element can be obtained by the production of calcium-doped thin films of BiFeO3 (BFO) on electrode (Pt / TiO2 / SiO2 / Si), in order to optimize ferroelectromagnetic properties. The Pechini method or polymer precursors, deposited by Spin-Coating, is relatively easy to control and low cost for the deposition of textured thin films. The crystal of the BiFeO3 has a perovskite structure distorted in a rhombohedral system, but in thin film format we find a pseudo tetragonal phase favorable to the properties of memories of multiple states, such as the decrease of the degradation, increase of the spontaneous and remaining polarization, decrease in the current reduction of impulse response time, epitaxial growth, control of oxygen vacancies and decrease of secondary phases. All of this is achieved through variations of the resins, controlling the excessive volatilization of Bismuth and parameters in the growth of the film, such as the time and temperature of crystallization, the amount of dopant Ca, in the variation of different base oxides electrodes for production of the thin film. Despite the excellent properties of the BiFeO3 (BFO) thin films, two serious problems are commonly encountered for the immediate application of this material in multiferroic memories: high current density, resulting in Fe (Fe3 + to Fe2 +) valence fluctuation with consequent oxygen vacancies, the existence of secondary phases and a high coercive field caused by the large number of grain contours, which restricts the reversal of polarization. A conductor-insulate transition was observed by the BFO doping with Ca due to the complete filling of the fermi levels leading to a ferroelectric-antiferromagnetic transition. In addition, the use of calcium as a dopant (x = 0.30) improves the ferroelectric properties of BFO films because: it reduces fatigue endurance, data retention and the coercive field of the film by suppressing bismuth oxide volatilization and the presence of oxygen vacancies. In contrast, leads to a low piezoelectric signal, by reducing the remaining polarization along the a-axis, in which the piezoelectric properties are quite pronounced. The crystallization of films on LSCO conductive electrodes in the microwave oven led to an excellent piezoelectric response image when compared to the LaNiO3 electrodes due the inhibition of space charges migration to the film-substrate interface
The multi-state memory elements in which the information can be stored in both the polarization states and the spontaneous magnetization state of the element can be obtained by the production of calcium-doped thin films of BiFeO3 (BFO) on electrode (Pt / TiO2 / SiO2 / Si), in order to optimize ferroelectromagnetic properties. The Pechini method or polymer precursors, deposited by Spin-Coating, is relatively easy to control and low cost for the deposition of textured thin films. The crystal of the BiFeO3 has a perovskite structure distorted in a rhombohedral system, but in thin film format we find a pseudo tetragonal phase favorable to the properties of memories of multiple states, such as the decrease of the degradation, increase of the spontaneous and remaining polarization, decrease in the current reduction of impulse response time, epitaxial growth, control of oxygen vacancies and decrease of secondary phases. All of this is achieved through variations of the resins, controlling the excessive volatilization of Bismuth and parameters in the growth of the film, such as the time and temperature of crystallization, the amount of dopant Ca, in the variation of different base oxides electrodes for production of the thin film. Despite the excellent properties of the BiFeO3 (BFO) thin films, two serious problems are commonly encountered for the immediate application of this material in multiferroic memories: high current density, resulting in Fe (Fe3 + to Fe2 +) valence fluctuation with consequent oxygen vacancies, the existence of secondary phases and a high coercive field caused by the large number of grain contours, which restricts the reversal of polarization. A conductor-insulate transition was observed by the BFO doping with Ca due to the complete filling of the fermi levels leading to a ferroelectric-antiferromagnetic transition. In addition, the use of calcium as a dopant (x = 0.30) improves the ferroelectric properties of BFO films because: it reduces fatigue endurance, data retention and the coercive field of the film by suppressing bismuth oxide volatilization and the presence of oxygen vacancies. In contrast, leads to a low piezoelectric signal, by reducing the remaining polarization along the a-axis, in which the piezoelectric properties are quite pronounced. The crystallization of films on LSCO conductive electrodes in the microwave oven led to an excellent piezoelectric response image when compared to the LaNiO3 electrodes due the inhibition of space charges migration to the film-substrate interface
Descrição
Palavras-chave
Filmes finos, BiFeO3, Memórias, Dopante, Ferroeletromagnêticos, Pechini., Thin films, Memoirs, Dopant, Ferroelectromagnetic, Filmes finos ferroelétricos, Ferro - Propriedades magnéticas, Polarização (Eletricidade)