Estudo da deposição de filmes finos de BaTi(1-X)Zr(X)O3 por meio de planejamento Box-Behnken

Ferroelectric ceramics with perovskite structure (ABO3) are widely used in solid state memories (FeRAM’s and DRAM's) as well as multilayered capacitors, especially as a thin films. When doped with zirconium ions, BaTiO3-based materials form a solid solution known as barium zirconate titanate...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Mendes, Armando Monte
Outros Autores: Delmonte, Maurício Roberto Bomio
Formato: Dissertação
Idioma:por
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
BZT
Filmes Finos
Propriedades Elétricas
Planejamento Box-Behnken
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/20591
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Mendes, Armando Monte
Estudo da deposição de filmes finos de BaTi(1-X)Zr(X)O3 por meio de planejamento Box-Behnken
description Ferroelectric ceramics with perovskite structure (ABO3) are widely used in solid state memories (FeRAM’s and DRAM's) as well as multilayered capacitors, especially as a thin films. When doped with zirconium ions, BaTiO3-based materials form a solid solution known as barium zirconate titanate (BaTi1-xZrxO3). Also called BZT, this material can undergo significant changes in their electrical properties for a small variation of zirconium content in the crystal lattice. The present work is the study of the effects of deposition parameters of BaTi0,75Zr0,25O3 thin films by spin-coating method on their morphology and physical properties, through an experimental design of the Box-Behnken type. The resin used in the process has been synthesized by the polymeric precursor method (Pechini) and subsequently split into three portions each of which has its viscosity adjusted to 10, 20 and 30 mPa∙s by means of a rotary viscometer. The resins were then deposited on Pt/Ti/SiO2/Si substrates by spin-coating method on 15 different combinations of viscosity, spin speed (3000, 5500 and 8000 rpm) and the number of deposited layers (5, 8 and 11 layers) and then calcined at 800 ° C for 1 h. The phase composition of the films was analyzed by X-ray diffraction (XRD) and indexed with the JCPDS 36-0019. Surface morphology and grain size were observed by atomic force microscopy (AFM) indicating uniform films and average grain size around 40 nm. Images of the cross section of the films were obtained by scanning electron microscopy field emission (SEM-FEG), indicating very uniform thicknesses ranging from 140-700 nm between samples. Capacitance measurements were performed at room temperature using an impedance analyzer. The films presented dielectric constant values of 55-305 at 100kHz and low dielectric loss. The design indicated no significant interaction effects between the deposition parameters on the thickness of the films. The response surface methodology enabled better observes the simultaneous effect of variables.
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Also called BZT, this material can undergo significant changes in their electrical properties for a small variation of zirconium content in the crystal lattice. The present work is the study of the effects of deposition parameters of BaTi0,75Zr0,25O3 thin films by spin-coating method on their morphology and physical properties, through an experimental design of the Box-Behnken type. The resin used in the process has been synthesized by the polymeric precursor method (Pechini) and subsequently split into three portions each of which has its viscosity adjusted to 10, 20 and 30 mPa∙s by means of a rotary viscometer. The resins were then deposited on Pt/Ti/SiO2/Si substrates by spin-coating method on 15 different combinations of viscosity, spin speed (3000, 5500 and 8000 rpm) and the number of deposited layers (5, 8 and 11 layers) and then calcined at 800 ° C for 1 h. The phase composition of the films was analyzed by X-ray diffraction (XRD) and indexed with the JCPDS 36-0019. Surface morphology and grain size were observed by atomic force microscopy (AFM) indicating uniform films and average grain size around 40 nm. Images of the cross section of the films were obtained by scanning electron microscopy field emission (SEM-FEG), indicating very uniform thicknesses ranging from 140-700 nm between samples. Capacitance measurements were performed at room temperature using an impedance analyzer. The films presented dielectric constant values of 55-305 at 100kHz and low dielectric loss. The design indicated no significant interaction effects between the deposition parameters on the thickness of the films. The response surface methodology enabled better observes the simultaneous effect of variables. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Materiais cerâmicos ferroelétricos com estrutura perovskita (ABO3) são largamente utilizados em componentes de memória no estado sólido (FeRAM’s e DRAM’s) bem como em capacitores de múltiplas camadas, especialmente na forma de filmes finos. Quando dopados com íons de zircônio, materiais à base de BaTiO3 formam uma solução sólida conhecida como titanato zirconato de bário (BaTi1-xZrxO3). Também chamado de BZT, esse material pode sofrer significativas mudanças em suas propriedades elétricas diante de pequenas variações do teor de zircônio na rede cristalina. O presente trabalho consiste no estudo dos efeitos dos parâmetros de deposição de filmes finos de BaTi0,75Zr0,25O3 pelo método de spin-coating sobre sua morfologia e propriedades físicas, utilizando um planejamento experimental do tipo Box-Behnken. A resina utilizada no processo de deposição foi sintetizada pelo método dos precursores poliméricos (Pechini) e foi subsequentemente dividida em três parcelas cada qual teve sua viscosidade ajustada para 10, 20 e 30 mPa∙s por meio de um viscosímetro rotativo. As resinas foram depositadas em substratos de Pt/Ti/SiO2/Si pelo método de spin-coating em 15 diferentes combinações de viscosidade, velocidade de rotação (3000, 5500 e 8000 rpm) e número de camadas depositadas (5, 8 e 11 camadas) previstas no planejamento e então calcinadas a 800ºC por 1h. A fase cristalina dos filmes foi determinada por difração de Raios-X (DRX) e indexada com a carta JCPDS 36-0019. Morfologia da superfície e tamanho de grão foram observados por meio de microscopia de força atômica (AFM) indicando filmes bem densificados e tamanho médio de grão em torno de 50nm. Imagens da seção transversal dos filmes foram obtidas por intermédio de microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (MEV-FEG), indicando espessuras bem uniformes variando de 140-700 nm entre amostras. Medidas de capacitância foram realizadas à temperatura ambiente com a ajuda de um analisador de impedância. Os filmes apresentaram valores de constante dielétrica de 49-277 a 100KHz e baixa perda dielétrica. O planejamento indicou efeitos não significativos das interações entre os parâmetros de deposição sobre a espessura dos filmes. A metodologia de superfícies de resposta possibilitou uma melhor observação dos efeitos das variáveis. 2016-06-07T00:00:37Z 2016-06-07T00:00:37Z 2015-01-28 masterThesis MENDES, Armando Monte. Estudo da deposição de filmes finos de BaTi(1-X)Zr(X)O3 por meio de planejamento Box-Behnken. 2015. 65f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2015. https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/20591 por Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

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