Low temperature growth, characterization, and applications of RF-sputtered srtio3 and BaSrTiO3 thin films

Perovskit tipi ferroelektirik oksit malzemeler arasından SrTiO3 (STO) ve BaSrTiO3 (BST) ince filmler potansiyel oksit tabanlı elektronik uygulamalar açısından ilgi uyandırıcı hale gelmiştir. Fakat STO ve BST ince filmlerin güvenirlilikleri ve verimlilikleri mikroyapılarına olduğu gibi optik ve elektriksel sabitlerine de ekseriyetle bağlıdır. STO ve BST ince filmler oda sıcaklığında Si (100), UV sınıfı kaynaşmalı silika, quartz alttaş üzerine ve TiO2 nanofiberler üzerine saçtırma metodunun radyo frekansı ile çalışan magnetronu ile farklı plazma gücü, farklı oksijen karıştırma oranı (OKO) ve farklı depolama basıncı kullanılarak depolanmıştır. Tavlama işleminden geçmeyen örnekler depolama koşullarından bağımsız olarak amorf yapı da nanokristal mikro yapı göstermıştir. Ayrıca tavlama çalışmasında beş farklı sıcaklığın etkisi etkisi amorf büyüyen stokiyometrik RF-saçtırma yöntemi ile büyütülmüş filmler üzerinde incelenmiştir. Bütün filmler görünür bölgede yüksek geçirgenliğe sahiptir ve STO and BST filmler belirgin soğurma bölgesi sergiledikleri görülmüştür: Direk ve indirek olan band aralığı hesaplamaları STO filmlerin band aralığının 2.32 ile 4.55 eV aralığında olduğunu göstermiştir. 3 mTorr basınçda depolanan STO filmlerin, BST ve tavlama çalışmasında kırılma indisinin ise OKO ve tavlama ile arttığı gözlemlenmiştir. Fakat 5 mTorr da depolanan filmler için bir bağlantı bulunamamıştır. BST filmlerin kırılma indilslerinin 550 nm deki değerlerinin 1.90 ile 2.07 arası nda depolama koşuluna bağlı olarak değiştiği gözlemlenmiştir. BST filmlerin band aralığının 3.60 ile 4.30 eV aralığında olduğu hesaplanmıştır. STO filmlerin dielektrik sabitleri Ag/STO/p-Si yapısından frekans ya da voltaj bağımlı kapasitans ölçümünden alınan kapasitans değerinden hesaplanmıştır. Dielektrik sabiti en yüksek 100 olarak bulunmuştur. Tüm STO örneklerin yük depolama kapasitelerinin 2.5 μC/cm2 dan fazla olduğu ve dielektirik kayıpların düşük olduğu not edilmiştir (100 kHz için 0.07 den düşük). 800°C de 1 saatlık tavlamanın etkisiyle polikristal BST filmler elde edilmiş ve kırılma indisinin ve dielektrik sabitini arttırdığı not edilmiştir. Fakat optik geçirgenliği azalmıştır. Frekansa bağlı dielektirik sabiti değeri 46 ile 72 arasındadır ve ~1μA değerinde düşük kaçak akım gözlemlenmiştir. Sonuçlar düşük sıcaklıkta depolanan STO ve BST filmlerin çeşitli aygıt uygulamarında potansiyeli olduğunu göstermektedir.