University of Oulu

PZT-ohutkalvon karakterisointi atomivoimamikroskopialla

Saved in:
Author: Maanselkä, Aleksi1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Electrical Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.2 MB)
Pages: 25
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202105278185
Language: Finnish
Published: Oulu : A. Maanselkä, 2021
Publish Date: 2021-05-27
Thesis type: Bachelor's thesis
Description:

Tiivistelmä

Tämän työn tarkoitus oli PZT-ohutkalvon pietso- ja ferrosähköisten ominaisuuksien karakterisointi atomivoimamikroskopialla. PZT on yksi käytetyimmistä pietsosähköisistä keraameista sen erinomaisten ominaisuuksien takia, ja jotta materiaalia voidaan kehittää yhä paremmaksi, tarvitaan tarkkoja mittausvälineitä.

Pietsovastemikroskopia on yksi atomivoimamikroskopiasta haarautunut sovellus, jonka avulla pystytään mittaamaan materiaalin pinnan topografian lisäksi sen pietso- ja ferrosähköisyyttä. Työssä käytettiin Bruker MultiMode 8-HR atomivoimamikroskooppia PZT-näytteen pietsosähköisen vasteen sekä domeenien polarisaation suunnan ja kääntymisen määrittämisessä. Samalla ohutkalvon pinnanmuodosta otettiin kuva, josta voitiin analysoida pinnankarheuden arvoja.

Pietsovasteen amplitudi- ja vaihekuvista pystyttiin selvittämään, että suurin osa näytteen ferrosähköisistä domeeneista oli pystysuuntaan polarisoituneita c-domeeneita. Paikallisista mittauksista todettiin näytteen ferrosähköisyys hystereesikuvaajien avulla. Lopuksi demonstroitiin polarisaation kääntämistä ferrosähköisellä litografialla, ja havaittiin, että ohutkalvon c-domeenit olivat alkuperäisesti polarisoituneet pintaan päin.

Characterization of a PZT thin film by atomic force microscopy

Abstract

The purpose of this work was to characterize the piezoelectric and ferroelectric properties of a PZT thin film by atomic force microscopy. PZT is one of the most widely used piezoelectric ceramics due to its excellent properties but accurate measurement techniques are needed to develop the material even more.

Piezoresponse force microscopy is an application of atomic force microscopy which can image, in addition to the topography of the sample’s surface, its piezoelectric and ferroelectric behavior. A Bruker MultiMode 8-HR atomic force microscope was used to determine the piezoelectric deformation, orientation, and switching of the PZT sample’s ferroelectric domains. A topography image of the thin film was also taken from which surface roughness could be analyzed.

Amplitude and phase images of the piezoresponse showed that most of the ferroelectric domains in the sample were upwardly polarized c-domains. Hysteresis loops obtained from local PFM measurements displayed the ferroelectric behavior of the sample. Lastly, switching of polarization was demonstrated by ferroelectric lithography, and it was found that the c-domains were originally polarized towards the surface.

see all

Subjects:
Copyright information: © Aleksi Maanselkä, 2021. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.