Sol-jel yöntemiyle potasyum sodyum niyobat (KNN) ince film üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Kurşun esaslı malzemelerin çevreye zararından dolayı, kurşunsuz malzemeler çok caziptirler. Kurşunsuz ferroelektrikler malzemeler arasında potasyum sodyum niyobat [(K0.5Na0.5)NbO3 ? (KNN)], sahip olduğu yüksek Curie sıcaklığı ve kıyaslanabilir elektriksel özelliklerinden dolayı kurşun esaslı malzemelere karşı uygun bir alternatiftir. Bütünleşik aygıtların geliştirilmesinde ince film ferroelektrikler çok önemlidir. Ferroelektrik malzemeler, algılayıcı, eyleyici kapasitör ve hafıza elemanlarında kullanılırlar. Bu tez çalışmasında, saf, sol-jel spin (dönerek) kaplama yönteminde alkoksit çözeltisi kullanılarak platin (Pt) kaplı, silisyum (Si) altlıklar üzerine, CuO veya Li katkılı KNN ince filmler hazırlanmıştır. Filmler, normal atmosfer altında 700 °C sıcaklıkta son ısıl işleme tabi tutulmuştur. Bu ısıl işlem sırasında oluşan yaş filmlerde meydana gelen bozunma ve faz dönüşümleri DSC/DTA ve FTIR analizleri ile gözlemlenmiştir. XRD ve SEM analiz yöntemleriyle yapısal özellikler incelenmiştir. İnce filmlerin elektriksel özellikleri ise polarizasyon-elektrik alan, sızıntı akım ve yorulma ölçümleriyle incelenmiştir. K: Na oranı 0,5:0,5 olan katkısız KNN ince film için yaklaşık 40 µC/cm2'lik 2Pr değerine sahip polarizasyon-elektrik alan (P-E) histerisiz eğrisi gözlemlenmiştir. CuO katkısının sızıntı akım değerinde azalma yarattığı gözlemlenmiştir.

Lead-free materials are attractive due to environmental considerations. Among lead-free ferroelectrics, potassium sodium niobate [(K0.5Na0.5)NbO3 ? (KNN)] is a favorable alternative to lead-based ferroelectrics, due to its comparable ferroelectric and piezoelectric properties and its high Curie temperature. Thin film ferroelectrics are very important for development of integrated devices. Ferroelectric materials are used in sensors, actuators, capacitors and memory devices. In this study, both pure and doped KNN (with CuO or Li) thin films on platin (Pt) coated silicon (Si) substrates were fabricated from alkoxide precursor solutions using sol-gel spin coating method. The films were finally annealed at 700 °C in air. During the annealing process, decomposition and phase formation behaviour of the green films were monitored by DSC/DTA and FTIR analysis. Their structural and electrical properties were investigated using XRD and SEM techniques and polarization-electric field (P-E), leakage current and fatigue measurements, respectively. Undoped KNN thin film with K:Na ratio of 0.5:0.5 showed a polarization-electric field (P-E) hysterisis loop with 2Pr value of ~40 µC/cm2. CuO doping, decreases the value of leakage current in thin films.