Piezoelectric response and optical switch of polarization in BaTiO3 and ferroelectric HfO2
Els materials ferroelèctrics, particularment els materials tipus òxid, que mostren resposta fotovoltaica, poden ser interessants per a aplicacions atesa la varietat de fenomenologies que poden mostrar. En particular, els ferroelèctrics poden mostrar voltatges de circuit obert gegants o respostes fot...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/691026 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/691026 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Ferroelèctrics Ferroelectrics Ferroeléctricos Ciències Experimentals 538.9 |
| Sumario: | Els materials ferroelèctrics, particularment els materials tipus òxid, que mostren resposta fotovoltaica, poden ser interessants per a aplicacions atesa la varietat de fenomenologies que poden mostrar. En particular, els ferroelèctrics poden mostrar voltatges de circuit obert gegants o respostes fotoelèctriques commutables quan s'il·luminen. En aquesta tesi, l'objectiu final és estudiar els efectes fotoferroelèctrics en Hàfnia ferroelèctrica. Abans d'això, estudis fotoferroelèctrics sobre un material ferroelèctric arquetípic, el BaTiO3, es fan servir per adquirir millors coneixements fonamentals sobre la interacció entre llum i ordenament ferroelèctric. També s'aprofundeix en l'estudi de la resposta piezoelectric de la hafnia ferroeléctrica. La principal eina de caracterització utilitzada és la microscòpia de força atómica en mode de piezoresposta (PFM). A causa de l'alta sensibilitat del PFM, efectes electrostàtics importants poden resultar en l'equivocada interpretació dels resultats obtinguts. Per tant, com a pas metodològic previ, quantifiquem i descrivim procediments simples per eliminar la influència dels efectes electrostàtics, relacionant-los amb les propietats elèctriques del material caracteritzat. Avui dia, la comunitat científica ha renovat l'interès pel BaTiO3 centrant la seva atenció en la interacció de la llum amb l'ordenament ferroelèctric en aquest material. Els motius són que es poden obtenir pel·lícules d'alta qualitat i el coneixement ampli sobre les propietats ferroelèctriques del material. Això pot ajudar a una major comprensió fonamental del fenomen fotoferroelèctric. Per explorar-ne els efectes fotovoltaics, s'estudien una sèrie de pel·lícules BTO epitaxials. A través de la caracterització mitjançant PFM, se n'obtenen tres resultats principals. Primer, que els efectes fotovoltaics intervenen en la commutació òptica de la. En segon lloc, que el camp elèctric intern del ferroelèctric dicta l'estat final de polarització, i demostrem com controlar tots dos a través de la selecció de l'elèctrode inferior. En tercer lloc, es demostra com el temps d'il·luminació, la potència i l'energia de la llum es poden utilizar com a parametres per controlar la quantitat de polarització commutada òpticament. S'estan fent àmplies investigacions sobre l'òxid d'hafni a causa de la seva compatibilitat amb CMOS i, per tant, el seu interès per a aplicacions com a memòries no volàtils. En primer lloc, s'estudien que els efectes del dopatge, l'estrès epitaxial i els efectes de l'espessor en l'estabilització de la fase ortorròmbica ferroelèctrica i el seu impacte en la resposta piezoelèctrica. Hi ha una relació directa entre la quantitat de fase ferroelèctrica ortorròmbica i la piezorresposta. En pel·lícules ultrafines, la piezorresposta augmenta amb el gruix. A més, la resposta piezoelèctrica en el pla i fora del pla es caracteritzen detalladament en pel·lícules primes d'òxid de Hafni dopad amb Zirconi crescudes sobre diferents substrats amb diferents orientacions. S'observa que la projecció de l'eix polar al llarg de la direcció de mesura determina l'amplitud de la resposta piezoelèctrica. En tercer lloc, s'observa la commutació de polarització ferroelèctrica fotoinduïda heteroestructures absorvents. La caracterització mitjançant PFM permet inferir que el canvi de polarització sota llum succeix en menys d'1 segon. També s'observa que sota il·luminació es poden obtenir diferents corrents de curtcircuit corresponents a diferents estats de polarització, permeten la lectura no destructiva de l'estat de polarització. En conseqüència, en les estructures estudiades, es factible aconseguir funcionalitats duals de lectura i escriptura òptica de l'estat de la polarització. |
|---|