Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

5.2 Strukturelle Eigenschaften der BST Schichten 97
∆d [Å]
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0 0,5 1
sin²ψ
Abbildung 5.16: Dehnung des
Gitters in der sin²ψ Darstellung
für eine bei 625°C gewachsene
BST Schicht auf Platin. Der extrapolierte
Wert für ∆d bei
sin²ψ=1 ergibt die tetragonale
Verzerrung verglichen mit dem
Bulk.
Mit dieser Verzerrung kann nach Gleichung 5.3 die Spannung im Film berechnet werden:
σ = E /( v + 1)
ε
5.3
Bei angenommenem Elastizitätsmodul E = 107Gpa und einer Poissonzahl von v = 0,3 [108]
ergibt sich eine Zugspannung von 500 bis 900MPa. Dieser Wert stimmt recht gut mit dem
Wert von 610MPa überein, der aus der Messung der Krümmung des Substrates erhalten wurde
[109]. Dabei ist zu beachten, dass die elastischen Konstanten des BST nicht genau bekannt
sind, so dass sich aus den direkt gemessenen Dehnungen auch höhere Spannungen ableiten
lassen: Nimmt man den aus Einkristalldaten abgeleiteten Mittelwert zwischen kubischem
STO und BST, E = 210Gpa [110], so ergeben sich doppelt so hohe Werte für die Spannungen,
die mit ebenfalls aus Dehnungsmessungen abgeleiteten Werten von ~2200MPa [111] übereinstimmen.
Zusätzlich kann aus dem sin²ψ-plot der Gitterparameter des unverzerrten BST entnommen
werden, der mit den Werten für die monolithische Keramik verglichen werden kann. Dieser
Wert ergibt sich aus Gleichung 3.10 für εψ = 0 unter Berücksichtigung der freien Schichtoberfläche
(σ3 = 0) zu: sin²ψ = 2v/(1+v), für v = 0,3 also, wie in Abbildung 5.16 eingezeichnet, bei
sin²ψ = 0,46.
Weitere Details der Mikrostruktur wurden mit Hilfe der HRTEM untersucht. Abbildung 5.17
zeigt eine Querschnittsaufnahme (cross section) des Übergangs zwischen dem orientierten
Platinsubstrat und dem orientierten BST. Wir beobachten keine amorphe oder
anders orientierte Grenzschicht zwischen den beiden kristallinen Phasen. Neueste Untersuchungen
(H.Z. Jin et al. [112]) haben gezeigt, dass der Gitterabstand der ersten Atomlage von
BST auf Platin um 22% größer ist, als der sonstige Gitterabstand. Es muss noch gezeigt werden,
ob sich hier eine Erklärung für das im 3. Kapitel vorgestellte phänomenologische „dead
layer model“ findet.
Pt 111
001
010
2nm
Abbildung 5.17: HRTEM zeigt
den Übergang zwischen dem
Platin-Substrat und der
orientierten BST Schicht. Es
wird keine anders geartete Zwischenschicht
beobachtet.