Nghiên Cứu Đặc Trưng Sắt Điện Của Màng Micro Nano Blt Pzt Chế Tạo Bằng Phương Pháp Dung Dịch Định Hướng Ứng Dụng Cho Bộ Nhớ Sắt Điện

i

Lời cảm ơn

Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới tập thể hƣớng dẫn, TS.

Bùi Nguyên Quốc Trình và PGS. TS. Phạm Đức Thắng, đã trực tiếp hƣớng dẫn tôi

hoàn thành quyển luận án này.

Tôi xin chân thành bày tỏ sự cám ơn tới các thầy, cô trong Khoa Vật lý kỹ

thuật và Công nghệ nanô, Trƣờng Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, đã

tạo nhiều điều kiện và có những đóng góp quý báu cho tôi để tôi hoàn thiện luận án

của mình.

Tôi xin chân thành cám ơn TS. Lê Việt Cƣờng, ThS. Nguyễn Quang Hòa cùng

toàn thể các nghiên cứu sinh trong Khoa Vật lý kỹ thuật và Công nghệ nano,

Trƣờng Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, đã giúp đỡ tôi hết sức nhiệt

tình trong thời gian tôi làm luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè và đồng nghiệp, những ngƣời đã quan tâm,

ủng hộ và động viên tôi, tiếp thêm nghị lực cho tôi.

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình đã tin tƣởng tạo những điều kiện

thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian tôi làm nghiên cứu sinh.

Luận án này đƣợc sự hỗ trợ của: (1) Quỹ phát triển khoa học và công nghệ

quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 103.02-2012.81; (2) Đề tài nghiên cứu

khoa học công nghệ cấp Đại học Quốc gia Hà Nội mã số QG.14.08; (3) Đề tài VJU

Research Grant Program năm 2019, đƣợc tài trợ bởi tổ chức JICA, Nhật Bản.

ii

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan bản luận án này là của riêng tôi, do tôi thực hiện dƣới sự

hƣớng dẫn tận tình của TS. Bùi Nguyên Quốc Trình và PGS.TS. Phạm Đức Thắng.

Phần lớn các thực nghiệm về chế tạo và khảo sát tính chất của các màng mỏng và

các bộ nhớ đƣợc thực hiện tại Khoa Vật lý Kỹ thuật và Công nghệ nano, Trƣờng

Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội. Trong luận án này chúng tôi cũng có

hợp tác với Khoa Vật lý, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Cơ quan Khoa học và

Công nghệ Nhật Bản để thực hiện mộ số khảo sát tính chất của các màng mỏng và

bộ nhớ sắt điện. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án này là hoàn toàn

trung thực và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nào.

Nghiên cứu sinh

Đỗ Hồng Minh

iii

MỤC LỤC

Lời cảm ơn............................................................................................................................i

Lời cam đoan .......................................................................................................................ii

MỤC LỤC..........................................................................................................................iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .......................................................vii

DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................................ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...........................................................................xii

MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1

CHƢƠNG 1. VẬT LIỆU TRONG BỘ NHỚ SẮT ĐIỆN .................................................. 5

1.1. Bộ nhớ sắt điện......................................................................................................... 5

1.1.1. Tình hình nghiên cứu bộ nhớ sắt điện trong và ngoài nƣớc. ................................ 5

1.1.2. Bộ nhớ sắt điện transistor hiệu ứng trƣờng (FeFET). ........................................... 6

1.1.2.1. Cấu tạo và nguyên lý ghi/đọc của bộ nhớ sắt điện FeFET. ........................... 6

1.1.2.2. Triển vọng ứng dụng của bộ nhớ FeFET....................................................... 7

1.1.2.3. Một số vấn đề hạn chế của bộ nhớ sắt điện FeFET. ...................................... 7

1.1.2.4. Yêu cầu lựa chọn vật liệu chế tạo cho bộ nhớ FeFET................................... 8

1.2. Vật liệu sắt điện có cấu trúc perovskite ................................................................... 8

1.2.1. Cấu trúc perovskite của các vật liệu sắt điện. ....................................................... 8

1.2.2. Lý thuyết Ginzburg-Landau về chuyển pha sắt điện .......................................... 11

1.2.3. Tính chất sắt điện trong vật liệu có cấu trúc kiểu perovskite.............................. 15

1.2.4. Cấu trúc đômen sắt điện...................................................................................... 17

1.2.4.1. Sự hình thành đômen ................................................................................... 17

1.2.4.2. Vách đômen ................................................................................................. 19

1.2.5. Đƣờng điện trễ của vật liệu sắt điện.................................................................... 21

1.3. Vật liệu sắt điện điển hình có ứng dụng trong bộ nhớ sắt điện.............................. 24

1.3.1. Vật liệu sắt điện PZT........................................................................................... 24

1.3.2. Vật liệu sắt điện BLT .......................................................................................... 33

Kết luận chƣơng 1 ............................................................................................................. 35

CHƢƠNG 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .................................................. 36

iv

2.1. Chế tạo mẫu............................................................................................................ 36

2.1.1. Chế tạo mẫu theo phƣơng pháp dung dịch.......................................................... 37

2.1.1.1. Dụng cụ và hóa chất .................................................................................... 37

2.1.1.2. Phƣơng pháp dung dịch chế tạo màng mỏng............................................... 37

2.1.2. Chế tạo điện cực Pt.............................................................................................. 39

2.2. Phƣơng pháp phân tích tính chất của các màng mỏng........................................... 40

2.2.1. Phổ tán xạ năng lƣợng tia X (EDS hay EDX) .................................................... 40

2.2.2. Khảo sát cấu trúc tinh thể bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia X ............................. 41

2.2.3. Khảo sát hình thái cấu trúc bề mặt của các màng mỏng..................................... 42

2.2.4. Khảo sát tính chất điện của các màng mỏng sắt điện ......................................... 43

2.2.4.1. Phép đo độ phân cực điện ............................................................................ 44

2.2.4.2. Phép đo dòng dò .......................................................................................... 45

2.2.5. Khảo sát hoạt động của ô nhớ ............................................................................. 45

2.3. Phƣơng pháp chế tạo ô nhớ.................................................................................... 47

2.3.1. Chế tạo ô nhớ có kích thƣớc micro mét bằng công nghệ quang khắc ................ 47

2.3.2. Chế tạo ô nhớ có kích thƣớc nano mét bằng công nghệ quang khắc chùm

điện tử…………………. ................................................................................................... 49

2.3.3. Ăn mòn (Etching)................................................................................................ 52

Kết luận chƣơng 2. ............................................................................................................ 54

CHƢƠNG 3. KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CÁC HỆ MÀNG MỎNG ................................ 55

3.1. Khảo sát tính chất của các màng mỏng sắt điện (BLT, PZT). ............................... 55

3.1.1. Tính chất của các màng mỏng BLT, PZT ủ tăng nhiệt chậm trên đế silic.......... 55

3.1.1.1. Cấu trúc tinh thể và hình thái học bề mặt của màng mỏng BLT, PZT........ 56

3.1.1.2. Tính chất điện của hệ màng mỏng sắt điện BLT, PZT................................ 61

3.1.2. Tính chất màng mỏng PZT trên đế Si/SiO2/Ti/Pt ủ nhiệt nhanh. ....................... 67

3.1.2.1. Cấu trúc tinh thể và hình thái học bề mặt của màng sắt điện PZTN. .......... 68

3.1.2.2. Tính chất điện của màng mỏng PZT ủ nhiệt nhanh..................................... 69

3.2. Ảnh hƣởng của điện cực LNO lên tính chất của màng mỏng PZT........................ 73

3.2.1. Ảnh hƣởng của điện cực LNO lên tính chất điện của màng mỏng PZT............. 74

v

3.2.1.1. Khảo sát tính chất của màng mỏng LNO trên đế Si/SiO2 ........................... 74

3.2.1.2. Ảnh hƣởng điện cực LNO lên tính chất của màng mỏng PZTN................. 76

3.2.2. Ảnh hƣởng của điện cực Al/LNO lên tính chất của màng mỏng PZT ............... 78

3.2.2.1. Khảo sát tính chất của màng mỏng LNO trên đế nhôm .............................. 79

3.2.2.2. Cấu trúc tinh thể và hình thái bề mặt của màng mỏng Al/LNO/PZT.......... 81

3.2.2.3. Ảnh hƣởng điện cực Al/LNO lên tính chất điện của màng mỏng PZT....... 83

3.3. Ảnh hƣởng của đế lên tính chất điện của màng mỏng PZT................................... 84

3.3.1. Cấu trúc tinh thể của màng mỏng PZTN trên đế sc-STO, pc-STO, thủy tinh.... 85

3.3.2. Hình thái học bề mặt của màng PZTN500 trên các loại đế ................................ 86

3.3.3. Tính chất điện của màng PZTN500 trên các loại đế........................................... 87

3.4. Tối ƣu hóa tính chất màng mỏng làm kênh dẫn (ITO) .......................................... 89

3.4.1. Ảnh hƣởng độ dày đến cấu trúc tinh thể và hình thái bề mặt . ........................... 90

3.4.2. Ảnh hƣởng nhiệt độ ủ đến cấu trúc tinh thể và cấu trúc vi tinh thể ................... 92

3.4.3. Ảnh hƣởng nhiệt độ ủ đến tính chất điện của màng mỏng ITO.......................... 94

Kết luận chƣơng 3 ............................................................................................................. 95

CHƢƠNG 4. CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT Ô NHỚ SẮT ĐIỆN....................................... 97

4.1. Chế tạo và khảo sát đặc trƣng của ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ micro mét...... 97

4.1.1. Chế tạo ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ micro mét............................................. 97

4.1.1.1. Chế tạo ô nhớ sắt điện cực cổng phẳng trên đế silic.................................... 97

4.1.1.2. Chế tạo ô nhớ sắt điện cực cổng phẳng trên đế thủy tinh, sc-STO, pc￾STO………………………....................................................................................... 98

4.1.2. Khảo sát các đặc trƣng nhớ của ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ micro mét....... 99

4.1.2.1. Đặc trƣng ID-VG của ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ micro mét................. 99

4.1.2.2. Đặc trƣng ID-VD của ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ micro mét............... 101

4.1.2.3. Đặc trƣng duy trì của ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ micro mét.............. 104

4.2. Chế tạo và khảo sát đặc trƣng của ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ nano mét...... 106

4.2.1. Chế tạo ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ nano mét. ........................................... 108

4.2.2. Khảo sát ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ nano mét........................................... 110

Kết luận chƣơng 4. .......................................................................................................... 114

vi

KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 116

ĐỀ XUẤT........................................................................................................................ 117

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN........ 118

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 119

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu,

chữ viết tắt

Tiếng Anh Tiếng Việt

ε Dielectric Constant Hằng số điện môi

ε0 Vacuum Dielectric Constant Hằng số điện môi chân

không

θ Diffraction Angle Góc nhiễu xạ

λ Wavelength Bƣớc sóng

μFE Carrier Concentration Nồng độ hạt tải

χ Electric susceptibility Độ cảm điện

AFM Atomic Force Microscope Hiển vi lực nguyên tử

BLT (Bi3+xLa1-x)Ti3O12 Vật liệu BLT

BT BaTiO3 Vật liệu BT

CC Curie Constant Hằng số Curie

Cox Capacitance Per Area Unit Điện dung trên một đơn vị

diện tích

CPU Center Processing Unit Bộ vi sử lí

CS Sample Capacitance Điện dung mẫu

DC Direct Current Nguồn phún xạ một chiều

DRAM Dynamic Ranom Acess Memory Bộ nhớ ram động

EB Electron Beam Chùm điện tử

EC Electrical Coercive Feld Trƣờng kháng điện

Ed Electrical Depolarization Field Trƣờng khử phân cực

EDS (EDX) Energy Dispersive X-ray spectroscopy Phổ tán xạ năng lƣợng tia X

EEPROM Elictrically Erasable Programmable

Read Only Memory

Bộ nhớ chỉ đọc ghi đƣợc,

xóa đƣợc bằng điện

EFM Electrostatic Force Microscope Kính hiển vi lực tĩnh điện

EPROM Erasable Programmable Read Only Bộ nhớ chỉ đọc ghi đƣợc,

viii

Memory xóa đƣợc

FeFET Ferroelectric Field Effect transistor Bộ nhớ sắt điện hiện ứng

trƣờng

FeRAM Ferroelectric Random Access Memory Bộ nhớ sắt điện truy cập

ngẫu nhiên

FGT Ferroelectric Gate Transistor Bộ nhớ sắt điện

FTO Fluorine-doped tin oxide (SnO2:F) Vật liệu FTO

ICP Inductively Coupled Plasma Plasma bắt cặp phản ứng

ID Drain Electric Dòng máng

IGZO InGaZnO4 + In2Ga2ZnO7 Vật liệu IGZO

ITO In2-xSnxO3-2x Vật liệu ITO

IZO In2O3 + ZnO Vật liệu IZO

LDS Channel Length Chiều dài kênh dẫn

LGO Pb5Ge3O11 Vật liệu LGO

LNO LaNiO3 Vật liệu LNO

LSCO La2-xSrxCuO4 Vật liệu LSCO

LSI Large Scale Intergration Mạch tích hợp mật độ lớn

MBE Molecular beam epitaxy Lắng đọng chùm phân tử

epitaxy

MFIS Metal - Ferroelectric – Insulator -

Semiconductor

Kim loại-sắt điện-cách điện￾bán dẫn

MFMIS Metal - Ferroelectric - Metal -

Insulator - Semiconductor

Kim loại - Sắt điện - Kim

loại - Cách điện - Bán dẫn

MFS Metal - Ferroelectric - Semiconductor Kim loại-sắt điện-bán dẫn

MOCVD Metal Organic Chemical Vapor

Deposition

Lắng đọng pha hơi hóa học

hợp chất kim loại hữu cơ

MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field￾Effect Transistor

Tran-zi-to trƣờng kim loại -

ôxít bán dẫn

ix

MPB Morphotropic Phase Boundary Pha biên hình thái

MRAM Magnetoresistive RAM Bộ nhớ từ trở

MS Spontaneous Magnetization Từ hóa tự phát

pc-STO Polly-crystal Đa tinh thể STO

PECVD Plasma-enhanced Chemical Vapor

Deposition

Lắng đọng hơi hóa học bằng

Plasma

PLD Pulse Laser Deposi Lắng đọng xung laser

PLZT (Pb,La)(Zr,Ti)O3 Vật liệu PLZT

PMN Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 Vật liệu PMN

Pr Remanent polarization Độ phân cực dƣ

PROM Programmable Read Only Memory Bộ nhớ chỉ đọc ghi đƣợc

PS Spontaneous Polarization Độ phân cực tự phát

PSat Polarization Saturation Độ phân cực bão hòa

PT PbTiO3 Vật liệu PT

PZT PbZrxTi1-xO3 Vật liệu PZT

Rf Radio Frequency Nguồn phún xạ xoay chiều

RIE Reactive Ion Etching Phản ứng ăn mòn

ROM Read Only Memory Bộ nhớ chỉ đọc

SBT SrBi2Ta2O9 Vật liệu SBT

sc-STO Single crystal Đơn tinh thể STO

SEM Scanning Electron Microscope Hiển vi điện tử quét

SiO2 Oxit silic

SRAM Static Random Acess Memory Bộ nhớ ram tĩnh

SS Spontaneous distortion Biến dạng tự phát SS

STN Sr2(Ta,Nb)2O7 Vật liệu STN

TC Phase Transition Temperature Nhiệt độ chuyển pha

TEM Transmission Electron Microscopy Hiển vi điện tử truyền qua

TFT Thin Film Transistor Bộ nhớ sắt điện dạng màng

x

mỏng

VC Coercive Voltage Cửa sổ nhớ

VD Drain Voltage Thế cực máng

VDG Voltage Between The Drain And Gate Thế giữa cực máng và cực

nguồn

VDS Voltage Between The Drain And

Source

Thế giữa cực máng và cực

nguồn

VG Gate Voltage Thế cực cổng

VGS Voltage Between The Gate And

Source

Thế giữa cực cổng và cực

nguồn

VS Source Voltage Thế cực nguồn

WDS Channel Width Độ rộng kênh dẫn

XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X

YBCO YBa2Cu3O7-x Vật liệu YBCO

xi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Các thông số phún xạ chế tạo điện cực Pt........................................................ 40

Bảng 3.1. Thành phần nguyên tố hóa học trong màng mỏng BLT và PZT....................... 57

Bảng 3.2. Các giá trị độ phân cực bão hòa (PSat), phân cực dư (Pr), trường kháng

điện (EC) và dòng rò (Irò) của các mẫu ở thế áp 5V ......................................................... 67

Bảng 3.3. Phân cực dư, trường kháng điện, mật độ dòng rò của hệ mẫu PZTN.............. 73

Bảng 3.4. Các thông số sắt điện của các mẫu BLT725, PZT600 và PZTN500. ............... 73

Bảng 3.5. Thành phần hóa học trong màng mỏng LNO ................................................... 75

Bảng 3.6. Điện trở suất, độ dẫn điện của mẫu LNO ủ ở các nhiệt độ khác nhau............. 76

Bảng 3.7. Các giá trị độ phân cực dư, độ phân cực bão hòa, dòng rò, trường kháng

điện của màng mỏng PZT chế tạo trên các loại đế sc-STO, pc-STO và thủy tinh ............ 89

Bảng 3.8. Thành phần hóa học trong màng mỏng ITO..................................................... 91

Bảng 3.9. Hằng số mạng và kích thước tinh thể của các màng mỏng ITO ủ ở các

nhiệt độ khác nhau............................................................................................................. 93

Bảng 3.10. Điện trở vuông, điện trở suất và nồng độ hạt tải, độ linh động hạt tải

của các màng mỏng bán dẫn ITO làm kênh dẫn............................................................... 94

Bảng 4.1. Các thông số dòng mở bão hòa (ID), chiều dài kênh dẫn (LDS), chiều rộng

kênh dẫn (WDS), điện dung trên một đơn vị diện tích của PZT, thế cực cổng (VG) và

giá trị độ linh động hạt tải (μFE) của các bộ nhớ. ........................................................... 103

xii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Bộ nhớ FeFET với (a) cấu trúc MFS và (b) nguyên lý hoạt động của nó .......... 6

Hình 1.2. Cấu trúc MFIS và cấu trúc MFMIS của bộ nhớ FeFET ..................................... 8

Hình 1.3. Cấu trúc tinh thể ABO3 (a) cấu trúc lập phương (b) cấu trúc tứ giác ................ 9

Hình 1.4. Một số cấu trúc perovskite (a) cấu trúc kiểu Bi chồng lớp [115], (b) cấu

trúc kiểu đồng - vonfram [16] và (c) cấu trúc kiểu pyrochlore [16] ................................ 10

Hình 1.5. Sự phụ thuộc của năng lượng tự do vào độ phân cực đối với hệ vật liệu

sắt điện trong chuyển pha loại hai [115].......................................................................... 13

Hình 1.6. Năng lượng tự do là hàm của độ phân cực đối với hệ sắt điện trong

chuyển pha loại một [115] ................................................................................................ 14

Hình 1.7. Sự phụ thuộc của hàm năng lượng tự do G(P, T) đối với vật liệu sắt điện

ở (a) dưới TC, (b) quanh TC, (c) trên TC, (d) hồi đáp điện môi theo nhiệt độ [125].......... 16

Hình 1.8. Hằng số điện môi và phân cực tự phát là hàm của nhiệt độ [34].................... 17

Hình 1.9. Sự méo mạng theo trục c kèm theo sự lệch khỏi tâm của các cation Zr/Ti

trong ô bát diện (Zr/Ti)O6 là nguyên nhân sự xuất hiện phân cực tự phát PS [81].......... 18

Hình 1.10. Hình minh họa đômen sắt điện, vách đômen và góc giữa các phân cực

sắt điện lân cận vùng vách đômen (a) 1800

, (b) 900

[17]. ................................................ 20

Hình 1.11. Giản đồ năng lượng tự do của quá trình chuyển phân cực trong vật liệu

sắt điện với thế năng kép [125]......................................................................................... 22

Hình 1.12. Giản đồ của một đường trễ sắt điện điển hình [119]...................................... 23

Hình 1.13. Giản đồ pha theo nồng độ pha tạp Zr của hệ vật liệu PbZrxTi1-xO3[87] ........ 25

Hình 1.14. Điện trường khử EC, hệ số phân cực dư Pr

, hằng số điện môi của màng

mỏng Si/SiO2/TiO2/Pt(111)/PZT(130 nm) phụ thuộc vào tỉ lệ pha tạp Zr [28]................ 26

Hình 1.15. Hằng số mạng của màng mỏng PZT chế tạo trên đế

SrTiO3(001)/SrRuO3(001) phụ thuộc vào nồng độ pha tạp Zr [26].................................. 27

Hình 1.16. (a) Phân cực bão hòa PS, (b) Phân cực dư Pr

, (c) Điện trường khử Ec và

(d) Hệ số điện môi ε là hàm của thành phần pha tạp Zr và định hướng (111), (110)

và (100) của màng PZT [82]............................................................................................. 28

Hình 1.17. Sự phụ thuộc của phân cực dư và trường kháng điện vào số lần điện hóa

ở điện trường 430 kV/cm [9]............................................................................................. 29

xiii

Hình 1.18. Sự phụ thuộc phân cực dư và trường kháng điện theo độ dày của màng

mỏng [77, 76].................................................................................................................... 31

Hình 2.1. Quá trình quay phủ tiền chất trên bề mặt mẫu: (a) nhỏ dung dịch, (b)quay

đệm (c) quay phủ dung dịch để tạo màng (d) sấy loại bỏ dung môi. ................................ 36

Hình 2.2. (a) Thiết bị quay phủ và hot-plate, (b) bảng điện tử điều khiển trên thiết bị

quay phủ. ........................................................................................................................... 37

Hình 2.3. Sơ đồ của quy trình ủ tăng nhiệt chậm (a) và sơ đồ của quy trình ủ tăng

nhiệt nhanh (b)................................................................................................................... 38

Hình 2.4. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ phún xạ chân không............................... 39

Hình 2.5. Mặt nạ để tạo hình điện cực. ............................................................................. 40

Hình 2.6. Thiết bị nhiễu xạ tia X (a); Nguyên lý hoạt động của thiết bị nhiễu xạ tia X

(b) và mô hình tán xạ của chùm tia X trên mặt phẳng tinh thể (c).................................... 41

Hình 2.7. Sơ đồ cấu trúc thiết bị kính hiển vi điện tử quét SEM [29]............................... 42

Hình 2.8. Thiết bị đo đặc trưng điện trễ và dòng rò Radiant Precision LC 10. ............... 43

Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý phép đo điện trễ theo mạch Sawyer – Tower [38].................. 44

Hình 2.10. Đặc trưng dòng rò của một vật liệu điện môi. ................................................ 45

Hình 2.11. (a) Thiết bị phân tích các tham số bán dẫn Agilent 4155C, tại Viện Khoa

học và Công nghệ Tiên tiến Nhật Bản, (b) buồng cô lập chống nhiễu ............................. 46

Hình 2.12. Nguyên lý hoạt động của hệ quang khắc......................................................... 47

Hình 2.13. Các bước của kỹ thuật lift-off và kỹ thuật ăn mòn trong công nghệ quang

khắc.................................................................................................................................... 48

Hình 2.14. (a) Thiết bị khắc chùm điện tử JBX-6300FS,(b) sơ đồ cấu tạo của hệ

quang khắc chùm điện tử [112]......................................................................................... 50

Hình 2.15. Thiết kế kích thước nano trên phần mềm AutoCAD........................................ 51

Hình 2.16. Cấu tạo buồng RIE dùng trong phương pháp ăn mòn khô ICP...................... 53

Hình 3.1. Phổ tán xạ năng lượng (EDS) của màng mỏng (a) BLT và (b) PZT................. 56

Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ màng BLT ủ tại nhiệt độ 650  825 oC............. 58

Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ màng PZT ủ tại nhiệt chậm .............................. 59

Hình 3.4. Ảnh SEM (a) bề mặt của mẫu BLT725, (b) mặt cắt ngang của mẫu

BLT725 và (c) điện cực Pt (500 μm) ................................................................................. 59

xiv

Hình 3.5. Ảnh SEM của các mẫu (a) BLT750, (b) BLT775, (c)BLT800, (d) BLT 825 ..... 60

Hình 3.6. Ảnh SEM của các mẫu (a) PZT550, (b) PZT600, (c) PZT650, (d) PZT700

và (e)mặt cắt của mẫu PZT600 ......................................................................................... 61

Hình 3.7. Đặc trưng P(E) của các mẫu (a) BLT650, (b) BLT675, (c) BLT700 và (d)

BLT725 .............................................................................................................................. 62

Hình 3.8. Đặc trưng P-E của các mẫu (a) PZT500, (b) PZT550, (c) PZT600, (d)

PZT650, (e) PZT700 ở 1V  5V và (f) đặc trưng điện trễ của các mẫu ở 4 V .................. 63

Hình 3.9. Đặc trưng J(E) của hệ mẫu BLT và hệ mẫu PZT.............................................. 64

Hình 3.10. Đặc trưng dòng rò của các mẫu BLT650, BLT675, BLT700 và BLT725. ...... 65

Hình 3.11. Đặc trưng J(t) của hệ PZT ủ tăng nhiệt chậm (a) PZT500, (b) PZT550,

(c) PZT600, (d) PZT650, (e)PZT700 ở thế áp 1 5 V và (f) đặc trưng dòng dò của

các mẫu ở thế áp 4 V. ........................................................................................................ 66

Hình 3.12. Phổ nhiễu xạ tia X của hệ màng PZTN. .......................................................... 68

Hình 3.13. Ảnh SEM của các mẫu (a) PZTN425, (b) PZTN450, (c) PZTN475, (d)

PZTN500, (e) PZTN550 và (f) mặt cắt của mẫu PZTN500.............................................. 69

Hình 3.14. Đặc trưng P-E của các mẫu (a) PZTN425, (b) PZTN450, (c) PZTN475,

(d) PZTN500, (e) PZTN550 và (f) đặc trưng P(E) của các mẫu ở thế áp 4 V. ................. 70

Hình 3.15. Đặc trưng mật độ dòng rò phụ thuộc vào điện trường của mẫu PZTN. ......... 71

Hình 3.16. Đặc trưng J(t) của hệ mẫu PZTN, (a) PZTN425, (b) PZTN450, (c)

PZTN475, (d) PZTN500, (e) PZTN550 ở thế áp 0,8 4 V và (f) đặc trưng J(t) của

các mẫu ở thế áp 4 V ......................................................................................................... 72

Hình 3.17. Phổ phân tích thành phành phần nguyên tố EDS của màng mỏng LNO........ 74

Hình 3.18. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu L550, L600, L650 và L700.................... 75

Hình 3.19. Ảnh SEM của mẫu màng mỏng LaNiO3. ......................................................... 76

Hình 3.20. Đồ thị P-E của màng mỏng PZTN500 được chế tạo trên điện cực (a)

LNO550, (b) LNO600, (c) LNO650 và (d) LNO700 ......................................................... 77

Hình 3.21. Đồ thị J-V của màng mỏng PZTN500 trên đế LaNiO3 ủ ở 600 oC.................. 78

Hình 3.22. Giản đồ nhiễu xạ tia X của màng mỏng LNO chế tạo trên đế nhôm được

ủ ở các nhiệt độ 500, 550, 600 và 650 oC.......................................................................... 80

Hình 3.23. Ảnh SEM của mẫu màng mỏng LaNiO3 .......................................................... 81