Effet des contraintes et transition de phase dans des couches minces de PbTiO3 obtenues par MOCVD

Abstract

Raman spectroscopy, X-ray diffraction (XRD) and Transmission Electron Microscopywere used to investigate the origin and stress effects on phase transitions in PbTiO3(PTO) epitaxial thin films. A thickness series of epitaxial PTO films were deposited onsubstrates inducing compressive (SrTiO3 and LaAlO3) and tensile (MgO) misfit stressesto vary the stress level in the films.We showed that the VH polarization configuration is essential for Raman investigationof residual stress in PTO thin films as oblique modes are absent, and that E(3TO) hardmode is the unique reliable mode. In order to obtain information about the dominant cdomains,spectra must be collected on the film cross section. The residual stress originatesnot only from misfit stresses, but also from thermal and phase transformationstresses.Phase transitions and domain state transformations were investigated using high temperatureXRD and Raman spectroscopy. It was found that ferroelectric cluster size inhigh temperature phase is increased and Tc is higher in highly stressed films.Cette étude réalisée par Spectroscopie Raman, Diffraction de Rayons X et MicroscopieElectronique en Transmission porte sur l’origine et l’effet des contraintes sur la transitionde phase dans des couches épitaxiées de PbTiO3 (PTO). Des films minces de PTOde différentes épaisseurs ont été déposés sur plusieurs substrats de façon à faire varier ledésaccord de maille film-substrat pour générer des films sous contrainte de compression(SrTiO3 et LaAlO3) et sous tension (MgO).Les contraintes résiduelles dans les films PTO ont été déterminées à partir des spectresRaman mesurés exclusivement en configuration de polarisation VH pour éliminer lesmodes obliques; le mode dur E(3TO) est apparu le seul mode fiable pour l’estimationdes contraintes. Pour caractériser les domaines c qui sont prépondérants, les spectres ontdû être mesurés sur la tranche des films. Les contraintes résiduelles proviennent nonseulement du désaccord de maille, mais aussi de contraintes thermiques ou liées à latransition de phase.Les transitions de phase et les changements d’états de domaines dans les films ont étéanalysés par diffraction des RX et spectroscopie Raman à haute température. Il est apparuque la taille des clusters ferroélectriques à haute température est plus grande et Tcplus élevée dans les films très contraints