Связь петель диэлектрического гистерезиса, пироотклика и барьерных явлений для пленок PZT(54∕46)

Еще одной из целей данной работы являлось установление связи барьерных эффектов с униполярностью исследуемых пленок PZT(54/46). Для

определения ее направления использовался анализ экспериментально полученных вольт-фарадных характеристик, петель диэлектрического гистерезиса, а также осциллограмм пироэлектрических откликов, полученных динамическим методом [106, 107] на одних и тех же пленках PZT(54∕46).

На рисунке 4.15,а представлена петля диэлектрического гистерезиса для пленки с Т_СИНТ= 540 °C. Как видно из рисунка, она имеет смещение влево относительно оси абсцисс, что свидетельствует о наличии внутреннего электрического поля, направленного от верхнего электрода к подложке. Форма и фаза пироэлектрического отклика, представленные на рисунке 4.15,б, свидетельствуют о направлении самополяризации от верхнего электрода к подложке. Это говорит о том, что внутренние электрические поля, определенные из анализа петель диэлектрического гистерезиса и пироэлектрического отклика, имеют одинаковое направление. Эти результаты согласуются с данными, полученными из ВФХ, которые также имеют смещение влево по оси напряжений.

Рисунок 4.15. Осциллограммы петли диэлектрического гистерезиса (а) и формы

пироэлектрического отклика (б) для пленки с температурой синтеза 540 °C.

Как уже отмечалось, некоторые петли диэлектрического гистерезиса имеют смещение вправо по оси напряжения. На рисунке 4.16,а приведена осциллограмма петли диэлектрического гистерезиса для пленки с Т_СИНТ= 545 °C, а на рисунке 4.16,б - пироотклика для этой же контактной площадки. Это должно свидетельствовать о самополяризации пленки,

направленной от подложки к верхнему электроду, однако вольт-фарадная характеристика в данном случае смещена влево по оси напряжения.

Рисунок 4.16. Осциллограммы петля диэлектрического гистерезиса (а) и

пироэлектрического отклика (б) для пленки с температурой синтеза 545 °C.

Дополнительным аргументом в пользу этого служит предположение, высказанное в работе [108], о том, что полученные в данном случае отклики могут иметь различную природу, в том числе и фотоэлектрическую. В качестве примера на рисунке 4.17 приведены осциллограммы электрического отклика пленок PZT(54∕46), инициируемого модулированным лазерным излучением с длиной волны 6328 А. Как видно из рисунка 4.17,а, кинетика электрического отклика пленки с температурой синтеза 560 °C характеризуется наличием «полки», которая ассоциируется авторами [108] с фотоэффектом, индуцированным асимметричными барьерами Шоттки на верхнем и нижнем электродах пленки в полупроводниковых слоях оксида свинца, локализованных в межкристаллитном пространстве перовскитовых зерен, подобно тому, как это наблюдалось в работе [79]. При другой температуре синтеза (565 °C) может наблюдаться фотоэлектрический отклик, характеризующийся поведением, отличным от вышеописанного (рисунок 4.17,б). Для данного отклика характерно исчезновение «полки», но сохранение импульсного выброса тока той же полярности, который по

своему поведению (временной зависимости) аналогичен пироэлектрическому отклику. Кинетику такого фотоэлектрического отклика можно связать с дифференцированием электрического сигнала, обусловленного присутствием слоев объемного заряда в местах локализации PbO, диэлектрическим слоем PZT(54/46).

Рисунок 4.17. Осциллограммы форм пироэлектрического отклика для пленок PZT(54/46) с температурами синтеза 560 °C (а) и 565 °C (б) [108].

Авторы [108] делают вывод, что отклики отрицательной полярности на переднем фронте теплового импульса (аналогичные приведенному на рисунке 4.15,б) относятся к истинному пироотклику и говорят о наличии макроскопической поляризации в пленке, вектор которой ориентирован от верхнего электрода к нижнему. Отклики, представленные на рисунках 4.16,б и 4.17, относятся к фотоэффекту в полупроводниковых слоях оксида свинца. Таким образом, макроскопическая униполярность в данном случае должна определяться на основе вольт-фарадной характеристики, из анализа которой следует, что самополяризация пленки направлена от верхнего электрода к нижнему.