Nanoscale Characterization of ferroelectric thin film. (2005)
El propósito principal de esta investigación es el entendimiento de la dinámica de los dominios en películas delgadas ferroeléctricas cuando el tamaño de la estructura se aproxima al tamaño del grano (típicamente de 10 nm - 1µm), en la cual la formación de dominios es impedido, formándose un solo mono dominio. Es claro que la interacción de la estructura de dominios con el campo externo tendrá un impacto sobre las muestras por lo cual el cambio de un estado de polarización a otro se produce por el movimiento de una pared de dominio. En el estado actual de la ciencia de los ferroeléctricos, es importante entender el comportamiento del cambio de estados de polarización y el tiempo que un estado puede permanecer sin alteraciones, para poder generar aplicaciones tecnológicas de estos materiales a escala nanométrica en memorias de alta densidad. La ciencia y la tecnología de las películas delgadas ferroeléctricas ha experimentado un desarrollo explosivo durante los últimos diez años. Las memorias de acceso aleatorio no volátiles de baja densidad (Non-Volatile Ferroelectric Random Access Memory, NVFRAM) son actualmente incorporadas en productos comerciales como ""smart cards"" y teléfonos celulares. Esta tecnología a sido posible debido a los avances en la síntesis y caracterización de películas delgadas ferroeléctricas, las cuales son la base de la relación entre las propiedades micro-estructurales del material y la física asociada a la dinámica de dominios de polarización a escala micrométrica. El próximo paso para la ciencia y la tecnología de los materiales ferro eléctrico es su integración en forma de condensadores de tamaño submicrométrico para el desarrollo de NVFRAM de alta densidad, lo cual requiere el desarrollo de condensadores nanométricos de hetero-estructuras e investigar el fenómeno de polarización para estas pequeñas estructuras, donde la escala de longitud es comparable con el parámetro de orden que caracteriza los dominios ferro eléctricos. Por lo tanto, hay una oportunidad de desarrollar la ciencia de las películas delgadas ferro eléctricas a escala nanométrica con el fin de avanzar el la tecnología de nano-condensadores para la próxima generación de NVFRAM de alta densidad (Mbits a Gbits). Microscopios de fuerza atómica de barrido nos permiten obtener imágenes con resolución de nanómetros de los dominios ferro eléctrico, las cuales en conjunto con las medidas eléctricas convencionales nos pueden dar información para entender y controlar las propiedades de los condensadores ferro eléctricos y su función potencial como elemento principal de las NVFRAMs. Algunos problemas físicos básicos relacionados con los procesos de degradación necesitan ser estudiados y resueltos con el fin de desarrollar las NVFRAM comerciales. Algunos de esos fenómenos de degradación son debidos a defectos químicos y micro estructurales en los ferro eléctricos y/o en la interfase ferroeléctrico/electrodo. Recientes trabajos involucran el estudio de las imágenes de los dominios ferro eléctricos a escala nanométricai, produciendo resultados iniciales los cuales sugieren que la pérdida de información (retention loss) en este tipo de condensadores puede ser controlada por un proceso de despolarización al azar (random walk). La base física para el entendimiento de la pérdida de información no es completamente clara. Obviamente, futuros trabajos son necesarios para revelar detalles de los mecanismos de degradación discutidos anteriormente ya que tienen implicaciones importantes in la tecnología de las memorias ferro eléctricas. Nosotros estudiaremos condensadores elaborados con material ferro eléctrico tipo Pb(ZrxTi1-x)O3 (PZT) y SrBi2Ta2O9 (SBT), ya que estos materiales son los precursores de la primera generación de NVFRAM de alta densidad. Las películas serán crecidas en el Laboratorio de Películas Delgadas (Thin Film Group, TFG) de la Universidad del Valle. Se les medirán las propiedades dieléctricas y la dependencia con la temperatura.