1.5. Механизмы электропроводности пленок PZT

Существует несколько моделей и механизмов транспорта для объяснения ВАХ конденсаторных структур. Эти механизмы могут быть сгруппированы в две основные категории [41]:

1. Интерфейсно-контролируемые механизмы, такие как эмиссия Шоттки (которая обусловлена увеличением тока с ростом поля в структуре, содержащей потенциальный барьер на границе металл-полупроводник, за счет понижения потенциального барьера, в этом случае происходит «надбарьерное» движение носителей заряда) и Туннелирование Фаулера-

Нордгейма - этот механизм обусловлен увеличением тока за счет эффектов туннелирования сквозь потенциальный барьер на границе металл­полупроводник при увеличении поля.

2. Объемно-контролируемые механизмы, такие как омический (при омическом механизме проводимости концентрация и подвижность свободных носителей не зависят от величины приложенного поля, поэтому сила тока пропорциональна приложенному напряжению), ток, ограниченный пространственным зарядом (ТОПЗ обусловлен инжекцией носителей заряда при наличии контактов, содержащих обедненные или обогащенные слои. Вследствие влияния объемного заряда такие контакты не подчиняются закону Ома, и плотность тока растет быстрее, чем приложенное напряжение), эмиссия Пула-Френкеля (механизм Пула-Френкеля связан с увеличением проводимости при повышении поля за счет роста концентрации носителей заряда), прыжковая проводимость, или их комбинация.

Поскольку свойства пленок сильно зависят от состава, способа изготовления, структуры, электродов и т.д., четкого единообразия в описании механизмов электропроводности пленок PZT в настоящее время не существует. Как уже было сказано, для эпитаксиальных пленок влияние интерфейса, в том числе и на электропроводность, сильнее, чем в случае поликристаллических, где свойства чаще определяются объемом пленки [29].

Как следует из анализа литературы, омический механизм электропроводности признается большинством авторов.

В работе [78] исследована температурная зависимость механизмов проводимости для пленок Pb(Zr₀.₅₃,Ti₀.₄₇)O₃толщиной 170 нм, изготовленных методом ВЧ-магнетронного распыления. После осаждения пленки были

подвержены отжигу в кислородной среде при T = 700 °C в течение 1 минуты. В качестве нижнего электрода использовалась Pt, верхнего электрода - Au. На рисунке 1.23 представлены экспериментальные ВАХ, полученные для

пленки PZT при различных температурах.

Рисунок 1.23. J-Eхарактеристики пленки PZT, измеренные в интервале температур 300 ÷ 500 К [78].

Из данного рисунка видно, что зависимость ln(J) от Eимеет несколько участков с поведением, близким к линейному, что

свидетельствует о наличии нескольких механизмов

проводимости в данных пленках. Для напряженностей электрического поля, меньших 0,2 МВ-см^-1, авторы называют омический механизм проводимости в качестве доминирующего во всем интервале температур. При E > 0,2 МВ-см^-1для температур 300÷375 K, зависимость тока от напряженности поля демонстрирует квадратичное и сверхквадратичное поведение. Исходя из этого, основным механизмом проводимости авторы считают токи, ограниченные пространственным зарядом. На рисунке 1.24 показаны положительные ветви ВАХ в представлении Шоттки (зависимость log(J∕T²) от E⁰’⁵) для температур выше 375 K. Для значений напряженности электрического поля 0,2