Stress effects and phase transitions in PbTiO3 thin films deposited by MOCVD
Effet des contraintes et transition de phase dans des couches minces de PbTiO3 obtenues par MOCVD
Résumé
Raman spectroscopy, X-ray diffraction (XRD) and Transmission Electron Microscopy
were 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 on
substrates inducing compressive (SrTiO3 and LaAlO3) and tensile (MgO) misfit stresses
to vary the stress level in the films.
We showed that the VH polarization configuration is essential for Raman investigation
of residual stress in PTO thin films as oblique modes are absent, and that E(3TO) hard
mode 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 originates
not only from misfit stresses, but also from thermal and phase transformation
stresses.
Phase transitions and domain state transformations were investigated using high temperature
XRD and Raman spectroscopy. It was found that ferroelectric cluster size in
high temperature phase is increased and Tc is higher in highly stressed films.
Cette étude réalisée par Spectroscopie Raman, Diffraction de Rayons X et Microscopie
Electronique en Transmission porte sur l’origine et l’effet des contraintes sur la transition
de phase dans des couches épitaxiées de PbTiO3 (PTO). Des films minces de PTO
de différentes épaisseurs ont été déposés sur plusieurs substrats de façon à faire varier le
désaccord 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 spectres
Raman mesurés exclusivement en configuration de polarisation VH pour éliminer les
modes obliques; le mode dur E(3TO) est apparu le seul mode fiable pour l’estimation
des contraintes. Pour caractériser les domaines c qui sont prépondérants, les spectres ont
dû être mesurés sur la tranche des films. Les contraintes résiduelles proviennent non
seulement du désaccord de maille, mais aussi de contraintes thermiques ou liées à la
transition de phase.
Les transitions de phase et les changements d’états de domaines dans les films ont été
analysés par diffraction des RX et spectroscopie Raman à haute température. Il est apparu
que la taille des clusters ferroélectriques à haute température est plus grande et Tc
plus élevée dans les films très contraints.