1

RST - Raport stiintific si tehnic in extenso

Titlu Proiect: Noua generatie de detector piroelectrici bazata pe semiconductori polari

(NOPYDET)

Cuprins

Obiective an 2016 1

Rezumatul etapelor 2015 si 2016 1

Descrierea stiintifica si tehnica 3

Anexe 13

Prezentare rezultate verificabile etapa 18

Concluzii 19

Scurt raport despre deplasari 20

Obiective an 2016

Etapa II- Depuneri si caracterizari straturi subtiri; teste raspuns piroelectric Rezumat

In etapa II de realizare a proiectului activitatile au fost concentrate pe:

Activitate II.1- Depuneri de strat subtire si caracterizare structurala

Activitate II.2- Caracterizare electrica a straturilor subtiri si heterostructurilor

Activitate II.3 - Teste privind proprietati piroelectrice

Activitate II.4 - Proiectare detector si selectare/testare materiale electrod si capsula Obiectivul etapei a constat in depunerea de straturi subtiri de ZnO dopat si AlN, caracterizarea lor

structurala si efectuarea de teste privind raspunsul piroelectric. Pentru testare a fost proiectat un cap

special de masura care sa permita inregistrarea semnalului piroelectric la diferite temperaturi de lucru ale

elementului activ. Rezultate etapa 2016: 1 lucrare ISI; 1 conferinta; documentatie proiectare

Rezumatul etapelor 2015 si 2016

Etapa 2015

Aceasta etapa a fost foarte scurta, incepand pe 2 noiembrie 2015. Ca urmare, activitatile

desfasurate au fost axate mai mult pe testarea echipamentelor necesare, pe documentare utilizand

accesul la literatura de specialitate intermediat prin consortiul ANELIS+, pe procurarea unor

echipamente si materiale necesare bunei desfasurari a proiectului (ex. cuptor de tratament), si pe

proiectarea unor masti necesare dezvoltarii ulterioare a modelului de detector piroelectric.

Au fost efectuate teste privind depunerea de straturi subtiri de ZnO nedopat prin diferite metode,

cum ar fi ablatia in fascicol laser pulsat sau depunere din solutie prin centrifugare urmata de

cristalizare prin tratament termic. Au fost intreprinse si cateva activitati de caracterizare

preliminara prin difractie de raze X sau prin microscopie electronica de baleiaj (SEM).

Etapa 2016

In cadrul acestei etape au fost efectuate activitatile descrise la paragraful Obiective 2016,

respectiv au fost depuse filme subtiri de AlN si ZnO dopat, au fost caracterizate structural si

electric filmele depuse, au fost facute teste privind proprietatile lor piroelectrice, a fost proiectat

un cap de detectie care sa permita testarea proprietatilor piroelectrice la temperaturi ridicate si au

2

fost selectate unele materiale susceptibile a fi utilizate la incapsularea detectorului piroelectric

pentru lucrul la temperaturi ridicate. Au fost redactate si trimise spre publicare doua lucrari

stiintifice, a fost depusa o cerere de brevet de inventie si s-a participat la doua targuri de

inventica din tara, la Cluj si Iasi.

Lucrarile stiintifice

Investigation of functional properties of lithium doped zinc oxide thin films grown by

pulsed laser deposition

L.M. Trinca, A.C. Galca, A.G. Boni, A. Iuga, M. Botea, L. Pintilie

Trimis spre publicare la Applied Surface Science (in evaluare, factor de impact 3.150)

Complex relation between domain structure and pyroelectric response in as-grown

epitaxial Pb(Zr0.2Ti0.8)O3 thin films on substrates with different resistivity

I. Pintilie, L. Trinca, L. Pintilie

Manuscrisul va fi submis la Materials (FI-2.728) sau alt jurnal dedicat materialelor si

caracterizarii lor cu FI mai mare ca 2.

Cele doua lucrari abordeaza proprietatile piroelectrice a doua tipuri de materiale in perspectiva

realizarii unor structuri complexe multistrat, cu posibilitatea de aobtine raspuns piroelectric

superior.

Cerere de brevet

Element de detectie piroelectrica pentru lucru la temperaturi ridicate

G. Stan, I. Pintilie, C. Besleaga-Stan, M. Botea, G. Dobrescu, M. Cioca, L. Culea, P. Soare, L.

Pintilie

Cerere nr. A/00747 din 24 octombrie 2016.

3

Premii la targuri si expozitii

Medalie de aur la Proinvent Cluj-Napoca

Medalie de argint la Euroinvent Iasi

Participare la conferinte

Prezentare invitata la 5th International Conference „From Nanoparticles and Nanomaterials to

Nanodevices and Nanosystems”

26-30 iunie 2016, Porto Heli, Grecia

„Ferroelectrics: interfaces, microstructure and material constants”

Prezentare invitata la 1st International Symposium on Dielectric Materials and Applications

4-6 mai 2016, Rabat, Maroc

„Pyroelectric properties in polar ceramics and thin films”

A fost realizata si o documentatie de proiectare pentru capul de detectie piroelectrica pentru

testare si lucru la temperaturi ridicate.

Obiectivul de etapa a fost atins iar rezultatele estimate, realizate si depasite.

Descrierea stiintifica si tehnica

Mai jos sunt prezentate in detaliu rezultatele obtinute la fiecare activitate.

Activitate II.1- Depuneri de strat subtire si caracterizare structurala

Straturi subtiri de ZnO dopat

4

In aceasta etapa au fost depuse straturi subtiri de ZnO dopat cu Li, acest material fiind presupus a

avea proprietati feroelectrice cu posibile proprietati piroelectrice imbunatatite in comparatie cu

ZnO nedopat.

Pentru analiza proprietăților electrice/feroelectrice ale straturilor subțiri de Li:ZnO au fost

preparate filme subțiri pe substraturi de siliciu platinizat (Pt/TiOx/SiO2/Si). Majoritatea

aplicațiilor ce implică filme subțiri feroelectrice sunt în configurație metal-feroelectric-metal

(MFM) sau metal-feroelectric-semiconductor (MFS). În acest sens, pentru analiza potențialului

feroelectric al filmelor subțiri de LZO și posibilitatea integrarii lor în dispozitive, au fost obținute

structuri simetrice de tip MFM pe bază de Li:ZnO cu electrozi superiori și inferiori de platină.

Electrozii superiori de platină (0.01 mm2 și 0.1 mm2) au fost depuși prin măști metalice.

Grosimea filmelor subțiri au fost variată între 330 nm și 70 nm.

Calitatea structurală a straturilor a fost investigată prin difracție de raze X (fig.1(a)-(d)),

prezentând numai două maxime de difracție date de structura filmului de Li:ZnO, care corespund

reflexiilor 002 și 004 ale rețelei hexagonale wurtzitice și două maxime corespunzătoare

substratului (unul indexat platinei și celălalt siliciului). Absența oricăror alte maxime

corespunzătoare filmului de Li:ZnO în întreaga zona de scanare subliniază orientarea de-a lungul

axei c a filmelor. În aceste difractograme intensitatea radiației este prezentată în scară

logaritmică, pentru a putea analiza cât mai bine orientarea filmului. În inseturile din cele patru

figuri sunt prezentate curbele rocking (ω – scan) ale structurilor LZO/Pt, înregistrate la unghiul

2θB002ZnO. Aceaste masurători au fost efectuate pentru a evalua gradul de orientare al cristalitelor

din film de-a lungul axei c a ZnO, parametru estimat ușor din lărgimea la semi-înălțime

(FWHM) a maximului. Pentru toate cele patru filme subțiri de LZO valorile FWHM au fost în

intervalul 3.4°-5.2°, ceea ce sugerează o distribuție îngustă a cristalitelor în lungul axei c.

Tabelul 1 prezintă aceste valori în funcție de grosimea straturilor de LZO.

Fig.1 Difractogramele de raze X ale filmelor de Li:ZnO crescute pe Pt/Si, având grosimi de aproximativ 320 nm

(a), 280 nm (b), 200 nm (c) și 70 nm (d).

5

Proprietățile optice (grosime, indice de refracție) ale straturilor de Li:ZnO au fost analizate prin

SE. Datele experimentale de elipsometrie înregistrate pe structurile LZO/Pt_Si au fost fitate cu

un model optic constituit din trei componente, una corespunzătoare filmului, una pentru substrat

și una pentru un strat de rugozitate. Pentru simularea filmului subțire a fost utilizată dispersia

Cauchy pentru un unghi de incidență de 60° și zona spectrală unde filmul este transparent, fără să

prezinte absobții reziduale. Fig. 2(a) prezintă rezultatul modelării datelor experimentale

înregistrate pentru un film subțire de LZO cu grosimea de ≈ 280 nm, datele de fit simulează

foarte bine valorile experimentale, oferind posibilitatea determinării parametrilor de interes

(grosime, rugozitate, indice de refracție). În același mod ca pentru filmul descris de fig.2(a) au

fost analizate și celelalte trei straturi subțiri, rezultatele modelării fiind rezumate în tabelul 1,

împreună cu valorile de FWHM determinate din curbele rocking 002@ZnO.

Se observă din datele de elipsometrie că indicele de refracție are o dependență directă de

grosimea stratului de LZO, filmul cel mai gros are un indice de refracție de ≈ 2.28, în timp ce

stratul cel mai subțire are cel mai mic n ≈1.96. Rezultatele obținute au o dependență inversă

(nd) față de ce a fost până acum raportat în literatura de specialitate (n1/d), iar valorile

indicelui de refracție sunt mult mai mari decât indicele de refracție al ZnO nedopat. Aceste valori

se apropie totuși de valorile materialelor feroelectrice clasice ca titanatul de bariu sau soluțiile

solide de tip PZT care au indici de refracție mult peste 2. În ceea ce privește rugozitatea filmelor,

acestea au o corelație directă cu grosimea filmelor, cel mai rugos fiind filmul cu grosimea de ≈

330 nm. Filmele de LZO prezintă o transparență ridicată în regiunea vizibilă a spectrului luminii

(T > 80%). Fig.2(b) prezintă spectrele de transmisie a două filme de Li:ZnO depuse pe sticlă, în

aceleași condiții (parametri de depunere, grosimi similare) ca straturile de LZO depuse pe siliciu

platinizat.

Tabelul 1: Parametri optici (elipsometrie) și structurali ai filmelor subțiri de Li:ZnO (a) (b) (c) (d)

Grosime (nm) 320 281 196 72

Rugozitate (nm) 40 30 17 3

n@630 nm 2.28 1.982 1.966 1.96

FWHM002ZnO 3.41 3.56 3.34 5.16

Fig.2 (a) Spectrul SE al structurii LZO280//sticlă (cercuri – date experimentale, linie – rezultate de fit); (b) Spectre

de transmisie ale unor filme subțiri de Li:ZnO cu grosimi diferite depuse pe substraturi de sticlă – depuneri

identice cu cele crescute pe substrat de Pt/Si.

6

Fig.3 (a),(b) imagini SEM specifice filmelor de Li:ZnO- pe suprafață și în secțiune; (c) imagine AFM a topografiei

filmului mai gros de Li:ZnO; (d) contrast de amplitudine a piezorăspunsului filmului gros (320 nm) de Li:ZnO depus

pe sticlă; (e) răspunsul semnalului piezoelectric generat pentru filmul subțire de LZO320nm depus pe siliciu

platinizat.

Calitatea suprafețelor filmelor subțiri de LZO/Pt_Si este ridicată, probele prezintă o

uniformitatea foarte bună și rugozitate relativ scăzută – cu excepția LZO320nm, celelalte probe au

o rugozitate <<10% din grosimea filmelor. Grăunții cristalini par denși, cu o formă hexagonală

bine definită la suprafața probei. În fig.3(a) este prezentată imaginea suprafeței structurii

LZO320nm/sticlă, iar în fig. 3(b) prin contrastul imaginii se evidențiază grosimea filmului subțire

de LZO/sticlă și foarte slab se poate observa creșterea columnară (axa c) a oxidului de zinc.

Topologia filmului mai gros de LZO este dezvăluită și printr-o imagine AFM (fig.3(c))

înregistratră pe o suprafață de 4 μm2. Imaginea reflectă de asemenea o uniformitate bună a

cristalitelor pe suprafață. Pe aceeași suprafață a fost înregistrată imaginea amplitudinii

piezorăspunsului (fig.3(d)) stratului de LZO, care dezvăluie un ușor contrast piezoelectric între

unele cristalite (mai întunecate), care nu prezintă piezorăspuns și altele care prezintă răsuns

piezoelectric.

Straturi subtiri de AlN

Straturile subtiri de AlN au fost sintetizate pe substrat neincalzit (temperatura acestui atingand

~50°C doar datorita proceselor radiative de bombardament in plasma) prin pulverizare

magnetron in regim de radio-frecventa in atmosfera reactiva de argon si azot utilizand o tinta

catod de Al (puritate 5N, Mateck GmbH). Parametrii de lucru sunt prezentate sintetic in Tabelul

2.

7

Tabelul 2: Conditiile de depunere si indicativele filmelor de AlN preparate pe substraturi de Mo/α-

Al2O3 si Mo/safir a-cut.

Indicativ proba

Vid de baza (Pa)

Pres. totala (Pa)

Dilutie N2 in Ar (% vol.)

Densitate de curent aplicata pe tinta (mA/mm2)

Distanta tinta-substrat (mm)

Timp depunere (min)

Tip substrat

Temperatura substrat (°C)

Grosime film (μm)

AlN 1 AlN 3 AlN 4

~2-3x10-4 0.2 25 0.21 35 140

Mo/α-

Al2O3

~50 ~2

AlN 2 AlN 5 AlN 6

~6-7x10-5 0.2 25 0.21 35 140

Mo/α-

Al2O3

~50 ~2

AlN 7 ~6-7x10-5 0.2 25 0.21 35 140

Mo/safir

a-cut

~50 ~2

Analiza topografiei substraturilor simple, a stratului electrod de Mo si ale filmelor AlN a fost

realizata prin microscopie cu forta atomica (AFM) utilizand un sistem NT-MDT NTEGRA

Probe NanoLaboratory (cantilever NT-MDT NSG01 cu tip de 10 nm). Imaginile de microscopie

au fost inregistrate in modul non-contact pe arii de 5 x 5 µm2.

In Fig. 4 sunt prezentate comparativ imagini tipice structurilor analizate. Se observa ca filmul de

AlN copiaza fidel relieful suprafetei substratului ales. Straturile AlN constau dintr- matrice

compacta si uniforma compusa din graunti echi-axiali cu dimensiunea de ~60-70 nm.

Rugozitatea substraturilor Mo/α-Al2O3 si Mo/safir a-cut este redusa cu ~33-36% prin

depunerea stratului de AlN cu grosimea de ~2 μm. Valorile de rugozitate medie patratica

(RRMS) sunt prezentate in Tabelul 3.

Substrat α-Al2O3 AlN1/Mo/α-Al2O3 AlN6/Mo/α-Al2O3

Mo/safir a-cut AlN7/Mo/safir a-cut

Figura 4: Morfologia tipica suprafetei probelor α-Al2O3, Mo/safir a-cut, AlN/Mo/α-Al2O3 si

Mo/safir a-cut evidentiata prin AFM.

Tabelul 3: Valorile de rugozitate medie patratica extrase pe baza investigatiilor AFM.

Indicativ proba RRMS (nm)

Substrat α-Al2O3 ~116

AlN1/Mo/ α-Al2O3 ~74

AlN6/Mo/ α-Al2O3 ~74

Mo/safir a-cut ~6

AlN7/Mo/safir a-cut ~4

8

Investigatiile de difractie de raze X (XRD) au fost realizate cu ajutorul echipamentului Bruker

D8 Advance care lucreaza cu fascicol paralel de raxe X (radiatie Cu Kα1). Filmele au fost

masurate in geometrie simetrica (θ–θ), in domeniul unghiular 2θ=20°–80° utilizand un pas de

0.04°, timp pe pas=1s. Gradul de orientare preferentiala a cristalitelor de AlN in jurul normalei la

substrat a fost cuantificat prin masuratori de tip curba rocking (RC). In prealabil structura

filmului electrod de Mo a fost analizata in incidenta razata (α=2°) (GIXRD), in domeniul

unghiular 2θ=20°–60° utilizand un pas de 0.04°, timp pe pas=3s.

Figura 5: Diagrame comparative XRD ale filmelor AlN fabricate pe substraturi de Mo/α-Al2O3 si

Mo/safir a-cut, si a substratului Mo/α-Al2O3. Fisele de referinta ICDD ale AlN (wurtzit) (no. 00-025-

1133), Mo (ICDD: 00-042-1120) si α-Al2O3 (ICDD: 01-081-1667) sunt prezentate in partea de jos a

figurii.

9

Analizele XRD (Fig. 5) realizate in geometrie simetrica θ-θ au relevat in cazul filmelor de AlN

doar prezenta a maximelor de difractie 002 si 004 (AlN hexagonal, ICDD: 00-025-1133), care

subliniaza textura lor pronuntata c-axis. Suplimentar au fost observate maximele substratului de

α-Al2O3 (ICDD: 01-081-1667), si ale stratului electrod de Mo (ICDD: 00-042-1120). Maximul

intens 110 al Mo este puternic deplasat catre unghiuri mici (cu ~0.9° (2θ)), fenomen tipic pentru

filmele subtiri metalice depuse prin pulverizare in camp magnetron, datorat comprimarii in-plane

a acestora (ca efect al actiunii fortelor de compresiune). Absenta maximelor de difractie ale

substratului de tip safir a-cut, in domeniul unghiular scanat, indica un off-cut mare. Analizele de

difractie de raze X au indicat, asa cum era de asteptat, ca nivelul vidului de baza (“gradul de

contaminare” al incintei de reactie) (Tabel 1) obtinut inaintea introducerii gazelor de lucru de

puritate inalta (6N), joaca un rol decisiv asupra gradului de orientare preferentiala c-axis al

filmelor de AlN (Fig. 6a). Un vid mai inaintat conduce la o contaminare mai redusa cu oxigen a

filmelor AlN (Al avand o afinitate mai mare fata de oxigen decat cea fata de azot), si implicit

obtinerea unui grad de cristalizare mai mare – evidentiata prin reducerea largimii la semi-

inaltime (FWHM) a maximului de difractie 002 (Fig. 6b), si a unei texturi c-axis mai pronuntate

– reliefate de reducerea FWHM a curbelor rocking (RC), indicativ al gradului de dispersie

unghiulara a axelor c a cristalitelor de AlN in jurul normalei la substrat (Fig. 6c). In cazul

probelor AlN1, AlN3 si AlN4, valoarea FWHM a curbelor rocking pentru maximul 002 s-a

situat in domeniul 12 – 17°. Pentru probele AlN2, AlN5, AlN6 (depuse pe substrat rugos de

Mo/α-Al2O3), FWHM al RC a fost de ~8.4-8.7°, in timp ce pentru proba AlN7 (depusa pe

substrat slefuit optic de Mo/safir a-cut) FWHM al RC a fost de ~6.9°.

Figura 6: (a) Curbele rocking (RC) comparative pentru reflexiile planelor AlN (002).(b) Largimea la

semi-inaltime a maximului de difractie 002. (d) Largimea la semi-inaltime a RC@002.

10

Activitate II.2- Caracterizare electrica a straturilor subtiri si heterostructurilor

În fig. 7(a) sunt prezentate caracteristicile C-V înregistrate la temperatură ambiantă pentru

frecvențe cuprinse între 1 kHz și 100 kHz. Curbele C-V sunt deplasate către tensiuni pozitive,

ceea ce sugerează prezența unui câmp intern pozitiv cu valori cuprinse între 1.79-7.14 kV/cm.

Caracteristica C-V are formă de fluture pentru toate frecvențele, câmpul intern crește cu

frecvența. În fig. 7(b) este prezentată în detaliu dependența capacitate-tensiune pentru frecvența

de 10 kHz; aceasta are o formă clară de fluture, caracteristică feroelectricilor, arătând o tensiune

coercitivă de -0.2 V/+0.5 V, cu un câmp intern de ~ 5.36 kV/cm.

Fig.7 Dependențe capacitate - tensiune ale structurii Pt/LZO280nm/Pt măsurată la temperatura camerei pentru mai

multe frecvențe 1-100 kHz (a), detaliu cu măsurătoarea C-V înregistrată la 300 K și 10 kHz (b), și la frecvența de

1kHz la temperaturi cuprinse între 100-300K. Dependența capacitate-tensiune a structurii Pt/LZO300nm/Pt este

înregistrată la temperaturi cuprinse între 80-400 K și frecvența de 100 kHz (d).

Prezența maximelor coercitive în curbele C-V cvasistatice este o indicație clară de existență a

feroelectricității în cazul probelor măsurate, chiar dacă măsuratorile de tip P-V dinamic și

remanent nu au putut evidenția acest lucru. Pentru a urmări dependența feroelectricității de

temperatură au fost efectuate măsurători C-V cvasistatice la diferite temeperaturi (100K-300K).

Fig 7(c) prezintă dependența capacitate-tensiune la temperaturi cuprinse între 100-300 K pentru

capacitorul simetric Pt/LZO280nm/Pt, în timp ce fig.VI.30(d) expune dependența capacitate-

tensiune la temperaturi cuprinse între 80-400 K pentru capacitorul simetric Pt/LZO320nm/Pt.

Variația cu temperatura a răspunsului C-V cvasistatic este tipic fereoelectrică, ea indicând o

scădere a tensiunilor coercitive cu temperatura și o creștere a constantei dielectrice cu

temperatura, ceea ce denotă absența unei tranziții de fază în intervalul de temperaturi abordat și

creșterea mobilității dipolilor. Curbele observate în fig. 7(d) în cadranul I, pot fi asociate cu

pierderile dielectrice prin conducție.

În concluzie, deși ciclurile de histerezis (polarizare/curent-tensiune) sunt afectate de curenți de

scurgere mari, chiar și la temperaturi de 80K, feroelectricitea poate fi confirmată de caracteristica

11

capacitate-tensiune (C-V), care prezintă forma de fluture specifică pentru materialele

feroelectrice.

Pentru a analiza mecanismele de transport de purtători liberi care controlează curenții de

scurgere în filmele subțiri de Li:ZnO au fost realizate măsurători curent-tensiune (I-V) la

temperaturi cuprinse între 80 K si 400 K. Caracteristicile I-V ale filmelor LZO320nm, respectiv

LZO280nm sunt prezentate în fig. 8, curentul fiind reprezentat în scară logaritmică. Pentru toate

temperaturile, caracteristica I-V are o formă de tip diodă Schottky, unde curentul pentru

polaritatea pozitivă este chiar și cu un ordin de mărime mai mare decât cel pentru polaritatea

negativă. Structura de tip capacitor simetric Pt-LZO-Pt poate fi considerată un circuit format din

două diode Schottky conectate spate în spate. În ciuda faptului că structura este simetrică,

caracteristicile au formă asimetrică, ceea ce înseamnă că cele două bariere de potențial formate

cu cei doi electrozi pot fi diferite, din cauza prezenței unor defecte structurale sau stări de

interfață.

Reprezentarea log-log a cubelor de curent (fig. 9) arată că, atât pe partea pozitivă, cât și pe partea

negativă, pentru tensiuni mai mici ca 0.2V, mecanismul de conducție este de tip ohmic (I~V).

Pentru tensiuni mai mari (>|0.2| V) negative dependența de curent este I~V2 iar pentru tensiuni

pozitive dependența este I~V3. Pentru tensiuni negative curentul nu variază prea mult cu

temperatura în intervalul 80 K - 400 K (fig. 8). Astfel se poate spune că pentru tensiuni negative

curenții sunt de tip curenți limitați de sarcina spațială fără trape (free traps space charge limited

current - SCLC), iar pentru tensiuni pozitive curentul este de tip SCLC cu distribuție

exponențială de trape.

Dependența de temperatură și de tensiune pentru polaritatea pozitivă la un nivel de injecție de

purtători mare, poate reprezenta însă o dovadă că mecanismul de transport este de tip emisie

Schottky. Acesta este întotdeauna asociat cu existența unei bariere de potential 0

B , acest

parametru fiind determinat în cazul de față (fig. 10). Expresia densității de curent în cazul emisiei

termionice în semiconductori cu bandă interzisă largă - ZnO (EgLZO ≈ 3.4 eV) nu poate fi

exprimată cu relația Schottky-Richardson deoarece drumul liber mediu al purtătorilor este mai

mic decât grosimea probelor [187, 188]. În acest caz, legea densității de curent este definită de

expresia Schottky-Simmons (λ<d). A fost determinată bariera de potențial aparentă din panta

reprezentării ln (J/T3/2) = f(1000/T) (fig. 10(a)), iar din dependența acesteia de V1/2 (fig. 10(b)) a

putut fi extrasă prin valoarea intersecției Φap cu abscisa, valoarea barierei de potențial la tensiune

0 (Φ0B). În cazul structurii investigate, Φ0

B este de aproximativ 0.22 eV la temperaturi cuprinse

între 360 K - 400 K și are o valoare de 0.157 eV pentru temperaturi mai mici (280 K - 340 K) și

tensiuni mai mari.

Fig.8 Caracteristici curent-tensiune ale structurilor Pt/LZO320nm/Pt (a) și Pt/LZO280nm/Pt (b) măsurate la

temperaturi cuprinse între 80-400 K, respectiv între 100-370 K.

12

Fig.9 Dependența log(I)-log(V) a structurii tip capacitor simetric Pt/LZO320n /Pt la 280 K pe partea negativă (a) și

pe partea pozitivă (b) a tensiunii.

Fig.10 Reprezentări Schottky pentru polaritatea pozitivă a tensiunii aplicate, conform cu ec. Schottky-Simmons:

ln(J/T3/2) vs 1000/T (a) și bariera de potențial aparentă vs V1/2 (b).

Activitate II.3 - Teste privind proprietati piroelectrice

Au fost realizate si primele teeste privind proprietatile piroelectrice ale straturilor depuse in

figura 11 este prezentat semnalul piroelectric inregistrat utilizand ca element activ un strat de

ZnO dopat cu Li, operat ca detector piroelectric cu mod de lucru un tensiune. Sursa IR a fost o

dioda laser cu lungime de unda 800 nm si putere 100 mW. In figura este pus in evidenta si

fenomenul de amplificare optica datorat suportului de Si.

Fig. 11 Dependenta de frecventa a semnalului piroelectric generat de un strat de ZnO dopat cu Li.

Semnalul este cu aproape un ordin de marime mai mare decat cel generat de un strat ZnO nedopat.

13

Activitate II.4 - Proiectare detector si selectare/testare materiale electrod si capsula

Desenele de proiectare sunt prezentate in anexe, impreuna cu materialele utilizate.

Contributie partener Franta.

Partenerul francez a contribuit prin realizarea unor probe AlN in regim de camera curata

conform design-ului prezentat mai jos. Probele au sosit in Romania pentru testari piroelectrice pe

data de 3 noiembroe 2016.

Anexe

In anexe sunt prezentate desenele de proiectare pentru capul de masura detector piroelectric cu

operare la temperaturi ridicate, precum si schemele electronice utilizate pentru modul de lucru in

tensiune si pentru alimentarea incalzitorului care variaza temperatura elementului activ.

AlN 2µm

Mo 200nm

Mo 200nm

Glass 700µm

Ti/Au 20/500nm

SiO2 300nm

14

15

16

17

18

Prezentare rezultate verificabile etapa

Semnal piroelectric generat de un strat AlN operat in modul de lucru tensiune, strat montat in

capul-detector piroelectric pentru lucru la temperatura ridicata, detector realizat dupa schemele si

desenele prezentate in anexe.

19

Concluzii

- Au fost depuse si caracterizate structural straturi subtiri de AlN si ZnO dopat cu Li

- Au fost realizate testari privind proprietatile piroelectrice ale straturilor realizate.

- A fost proiectat un cap detector piroelectric care permite montarea si testarea straturilor

active piroelectric la temperaturi ridicate, pana la 200 grade Celsius

- A fost testat capul detector piroelectric cun strat subtire de AlN si s-a demonstrat ca

acesta isi pastreaza proprietatilr piroelectrice pana la temperatura de 200 grade Celsius

- Au fost redactate 2 lucrari stiintifice, una trimisa la Applied Surface Science, alta in curs

de trimitere la un jurnal cu factor de impact ISI

- Au fost obtinute 2 premii la targuri de inventica.

- Rezultatele au fost prezentate la 2 conferinte internationale

Obiectivele etapei 2016 au fost realizate integral iar rezultatele estimate au fost realizate. Nu se

intrevad probleme majore in derularea in continuare a proiectului in scopul atingerii obiectivului

final.

Scurt raport despre deplasari

Deplasare 1

Vizita de lucru la partenerul din Franta in perioada 3-5 aprilie 2016. Cu aceasta ocazie au fost

discutate modalitatile de colaborare, avand in vedere schimbarile aparute in structura

parteneriatului (retragerea unui partener francez) si lipsa unei finantari efective a celuilalt

partener francez. Acesta s-a aratat insa interesat de continuarea proiectului pe baza unei finantari

„in natura” care sa cuprinda furnizarea de straturi subtiri de AlN depuse si procesate in conditii

de camera curata. Primele probe din Franta au sosit la inceputul lunii noiembrie 2016.

Deplasare 2

Prezentare invitata la 5th International Conference „From Nanoparticles and Nanomaterials to

Nanodevices and Nanosystems”

26-30 iunie 2016, Porto Heli, Grecia

„Ferroelectrics: interfaces, microstructure and material constants”

Conferinta se tine o data la 3 ani. Am prezentat rezultate obtinute pe straturi subtiri feroelectrice

ce urmeaza a fi combinate cu straturi de ZnO si/sau AlN in structuri multistrat cu proprietati

piroelectrice imbunatatite.

Extras din Programul conferintei.

Am discutat posibilitati de colaborare cu alte institutii din Franta, precum si cu institutii din

Olanda sau Germania.

20

Deplasare 3

Prezentare invitata la 1st International Symposium on Dielectric Materials and Applications

4-6 mai 2016, Rabat, Maroc

„Pyroelectric properties in polar ceramics and thin films”

Extras program

Intocmit

Dr. Lucian Pintilie, CS1

Director de proiect.