Zastosowanie spektroskopii Ramana do charakterystyki warstw BST wytworzonych metodą zol-żel na podłożach metalowych

• Autorzy: Lisińska-Czekaj A. , Orkisz T. , Orkisz J. , Czekaj D.

Warianty tytułu

EN

The application of Raman spectroscopy to the characterization of sol-gel deposited BST FILMS on stainless steel substrates

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Do wytworzenia cienkich warstw Ba0,6Sr0,4TiO3 (BST60/40), domieszkowanych MgO w ilości 1%, 3% i 5% molowych, na podłożach ze stali nierdzewnej zastosowano technologię zol-żel. Stwierdzono, że krystalizują one w symetrii tetragonalnej P4mm. Właściwości optyczne warstw badano z zastosowaniem spektroskopii ramanowskiej w zakresie zmian liczby falowej k = 40-1070 cm-1. Położenia maksimów na widmach ramanowskich określono, stosując metodę dopasowania krzywej pomiarowej funkcją Lorentza. Stwierdzono, że dominującą cechą na widmach oscylacyjnych warstw BST60/40-MgO jest występowanie charakterystycznego dla fazy tetragonalnej maksimum dla k ≈ 210 cm-1 i k ≈ 750 cm-1, a także odpowiadające drganiom oktaedrów TiO6 maksimum dla k ≈ 520 cm-1.

EN

In the present study, thin films of Ba0.6Sr0.4TiO3 (BST60/40) solid solution modified with 1, 3 and 5 mol.% MgO were prepared by the sol-gel-type deposition method. A multilayer spin–coating approach was utilized for the Ba0.6Sr0.4TiO3 – MgO thin film deposition on stainless steel substrates. Raman spectroscopy investigation of the MgO-doped Ba0.6Sr0.4TiO3 thin films grown on stainless steel substrates were performed within the wavenumber range k = 40-1070 cm-1. The measured Raman spectra were fitted using the Lorentzian peak type to determine positions of multiple overlapping peaks. It has been found that the dominant features in Raman spectra of BST60/40 – MgO thin films are as follows: a broad peak centered at k ≈ 210 cm-1, an asymmetric broad peak around k ≈ 520 cm-1, and a broad peak at around k ≈ 750 cm-1. The observed peaks are typical for the tetragonal structure. The middle frequency band can probably be assigned to vibrations of the TiO6 octahedra.

Słowa kluczowe

PL

(Ba0,6Sr0,4)TiO3; cienkie warstwy ferroelektryczne; metoda zol-żel; spektroskopia ramanowska

EN

ferroelectric thin films; sol-gel; Raman spectroscopy; (Ba0.6Sr0.4)TiO3

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 67, nr 1
• Strony: 48--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Lisińska-Czekaj A.

• Uniwersytet Śląski, Katedra Materiałoznawstwa, ul. Śnieżna 2, 41–200 Sosnowiec

autor

Orkisz T.

• Uniwersytet Śląski, Katedra Materiałoznawstwa, ul. Śnieżna 2, 41–200 Sosnowiec

autor

Orkisz J.

• Uniwersytet Śląski, Katedra Materiałoznawstwa, ul. Śnieżna 2, 41–200 Sosnowiec

autor

Czekaj D.

• Uniwersytet Śląski, Katedra Materiałoznawstwa, ul. Śnieżna 2, 41–200 Sosnowiec

Bibliografia

• [1] Sengupta, L.C., Sengupta, S.: Novel ferroelectric materials for phased array antennas, IEEE Trans. Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, 44, 4, (1997), 792-797.
• [2] Szafran, M., Bobryk, E., Jaszczyszyn, E., Modelski, J.: Kompozyty ceramiczno-polimerowe dla zastosowań mikrofalowych, Ceramika Polski Biuletyn Ceramiczny, 79, (2003), 203-211.
• [3] Czekaj, D., Micior, J., Lisinska-Czekaj, A.: A new microwave ceramic – polymer composite with 0-3 connectivity, Archives of Metallurgy and Materials, 59, (2014), 231-235
• [4] Vendik, O. G., (Red.): Segnetoelektriki v tekhnike SVCH, Moskva, Sov. Radio, 1979.
• [5] Vendik, O. G., Hollmann, E. K., Kozyrev, A. B., Prudan, A. M.: Ferroelectric tuning of planar and bulk microwave devices, J. Superconductivity, 12, 2, (1999), 325-338.
• [6] Jaffe, B., Cook, W. R., Jaffe, H.: Piezoelectric ceramics, Academic Press, London (1971).
• [7] Zhou, L., Vilarinho, P. M., Baptista, J. L.: Dependence of the structural and dielectric properties of Ba1-xSrxTiO3 ceramic solid solutions on raw material processing, J. Eur. Ceram. Soc., 19, 11, (1999), 2015-2020.
• [8] Suchanicz, J.: Ferroelektryczność tytanianów, Wydawnictwo Naukowe Akademii Pedagogicznej, Kraków, (2008).
• [9] Jeon ,J. H.: Effect of SrTiO3 concentration and sintering temperature on microstructure and dielectric constant of Ba1−xSrxTiO3, J. Eur. Ceram. Soc., 24, (2004), 1045-1048.
• [10] Jeon, J. H., Hahn, Y. D., Kim, H. D.: Microstructure and dielectric properties of barium strontium titanate with a functionally graded structure, J. Eur. Ceram. Soc., 21, (2001), 1653-1656.
• [11] Czekaj, D.: Fabrication and study of BST – based functional materials, University of Silesia, Gnome Publishing House, Katowice, 2010.
• [12] Shannon, R. D., Prewitt, C. T.: Revised values of effective ionic radii, Acta Cryst., B26, (1970), 1046-1048.
• [13] Landolt-Börnstein, Springer-Verlag Heidelberg, http://www.landoltboernstein.com
• [14] Gvishi, R.: Fast sol-gel technology: from fabrication to applications, J. Sol-Gel Sci. Techn., 50, 2, (2009), 241 - 253.
• [15] Lee, S. J., Moon, S. E., Kwak, M. H., Ryu, H. C., Kim, Y. T., Kang, K. Y.: Enhanced dielectric properties of (Ba,Sr)TiO3 thin films for high-performance microwave phase shifters, Integrated Ferroelectrics, 72, (2005), 39-46.
• [16] Xu, Y. H., Chen, C. J., Mackenzie, J. D.: The self-biased heterojunction effect of ferroelectric thin film on silicon substrate, J. Appl. Phys., 67, (1990), 2985-2991.
• [17] Klein, L. C.: Sol gel formation and deposition, w: A. N. Goldstein (Ed.), Handbook of nanophase materials, Marcel Dekker Inc., New York, (1997), 43-61.
• [18] Osińska, K., Czekaj, D.: Thermal behavior of BST//PVDF ceramic-polymer composites, J. Thermal Anal. Calorim., 113, (2013), 69-76
• [19] Czekaj, D., Lisińska-Czekaj, A.: Influence of Mg-doping on synthesis of sol-gel derived BST thin films, J. Adv. Dielectrics, 2, 1, (2012), 1-10
• [20] Chen, M.-Y., Chia, C.-T., Lin, I.-N., Lin, L.-J., Ahn, C.-W., Shan Nahm: Microwave properties of Ba(Mg1/3Ta2/3)O3, Ba(Mg1/3Nb2/3)O3 and Ba(Co1/3Nb2/3)O3 ceramics revealed by Raman scattering, J. Eur. Ceram. Soc., 26, (2006), 1965–1968.
• [21] Oleś, A.: Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, (1998).
• [22] Waser, R. (Ed): Nanoelectronics and informatiom technology, Wiley-VCH, Weinheim, 2005.
• [23] Wang, B., Zhang, L.: Raman scattering from BaTiO3 thin film with embedded silver particles, Appl. Surf. Sci., 140, (1999), 227-230.
• [24] Naik, V. M., Haddad, D., Naik, R., Mantese, J., Schubring, N. W., Micheli, A. L., Auner, G. W.: Phase transitional studies of polycrystalline Pb0.4Sr0.6TiO3 films using Raman scattering, J. Appl. Phys., 93, 3, (2003), 1731-1734.
• [25] Wang, S. Y., Cheng, B. L., Dai, S. Y., Jin, K. J., Zhou, Y. L., Lu, H. B., Chen, Z. H., Yang, G. Z.: Raman spectroscopy studies of Ce-doping effects on Ba0.5Sr0.5TiO3 thin films, J. Appl. Phys., 99, (2006), 13504-13510.
• [26] Said, S., Marchet, P., Merle-Mejean, T., Mercurio, J. P.: Raman spectroscopy study of Na0.5Bi0.5TiO3-PbTiO3 system, Mater. Lett., 58, (2004), 1405-1409.