Estudo da estabilização da fase perovskita PMN em filmes ultrafinos

Abstract

O presente trabalho descreve os estudos realizados para a síntese de filmes ferroelétricos ultrafinos de Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 (PMN) e o estudo sistemático da cinética de cristalização deste material visando a obtenção de filmes monofásicos. Os filmes foram produzidos a partir da modificação de um método químico baseado em precursores óxidos. A obtenção dos filmes de PMN se deu através de uma técnica de duplo estágio, que possibilita maior controle na supressão de fases pirocloro, e da técnica via Método dos Precursores Óxidos (MPO), através da reação direta dos óxidos. Filmes de PMN foram preparados sobre substratos Si(100) com diferentes números de deposições. Esses filmes foram submetidos a tratamentos térmicos entre 400oC e 800ºC, em forno convencional, sob diferentes condições de preparo. A estrutura dos filmes foi investigada pela técnica de difração de raios-X e refinamentos da estrutura pelo método de Rietveld. Os resultados apresentaram uma coexistência da fase pirocloro Pb1.86Mg0.24Nb1.76O6.5 e da fase perovskita Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 (PMN) nos filmes preparados via rota da Columbita e a supressão da fase prirocloro nos filmes preparados pelo método MPO. Um estudo da morfologia por MEV indicou a preparação de filmes com boa homogeinidade e espessura média de 150nm Os resultados obtidos neste projeto indicam que a estabilização da fase perovkita do PMN e a supressão da fase pirocloro está relacionada a uma combinação particular de parâmetros tais como tempo e temperatura de cristalização e a adição de excessos de MgO e PbO a estequiometria.

The present work describes the studies for the synthesis of ultrathin ferroelectric films of Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 (PMN) and the systematic study of the crystallization kinetics of this material aimed at obtaining singlephase films. The films were produced from the modification of a chemical method based on oxide precursors. The obtention of the PMN films made by a technique of double stage, that allows greater control in the suppression of pyrochlore phases, and by technique via Oxide Precursors Method(OPM), through a direct reaction of the oxides. PMN films were prepared on Si(100) substrates with different numbers of depositions. These films were subjected to thermal treatments between 400ºC and 800°C, in conventional oven, under different preparation conditions. The structure of the films was investigated by the technique of X-ray diffraction and the structures refinements by the Rietveld method. The results showed a coexistence of pyrochlore phase Pb1.86Mg0.24Nb1.76O6.5 and perovskite phase Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(PMN) in the films prepared via Columbita route and suppression of pyrochlore phase in films prepared by the OPM method. A study of morphology by SEM indicated the preparation of films with good homogeneity and medium thickness of 150 nm. The results obtained in this project suggest that the stabilization of PMN phase perovkite and the suppression of the pyrochlore phase is related to a particular combination of parameters such as time and temperature of crystallization and the addition of excess of MgO and PbO in the stoichiometry.