Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Dec 1999)
Quantitative texture analysis applied to the study of preferential orientations in ferroelectric thin films
Abstract
The occurrence of preferred crystallographic orientations, or texture, is a determinant factor of the behaviour of polar materials, like ferroelectric thin films. This is the reason why numerous works have been focused in the preparation of highly oriented films for pyroelectric sensors and electromechanical applications. Traditionally, preferred orientations were determined by the analysis of the main reflections obtained by X-ray diffraction, which only in some cases are characteristic of the texture of the material. Regardless of the interest of this subject, the quantitative texture analysis of ferroelectric thin films has not been systematically applied. This consists in the measurement of pole figures with a goniometer, and the determination of the orientation distribution function. In this work we summarise briefly the principles of the quantitative texture analysis and we demonstrate its application to the study of different ferroelectric thin films: La and Ca modified lead titanate (PTL and PTC) and lead zirconate titanate (PZT). This method allows the study of the characteristics of the type of texture and the identification of the different components that contribute to the final texture of the material. An indicative value of the texture strength is also obtained for both the ferroelectric film and the substrate layers. This information allows us the study of the process that leads to the orientation in thin films, and to obtain correlations between texture and physical properties.<br><br>La aparición de orientaciones cristalográficas preferentes, o textura, es un factor determinante del comportamiento de materiales policristalinos polares, como las láminas delgadas ferroeléctricas. Por este motivo se han realizado numerosos estudios conducentes a la producción de láminas orientadas para la fabricación de sensores piroeléctricos y dispositivos electromecánicos. Tradicionalmente, la orientación preferente se estudia por medio del análisis de las reflexiones principales obtenidas por difracción de rayos X, que sólo en ciertos casos son características de una determinada textura. A pesar del gran interés de este tema, no se ha aplicado de una forma sistemática el análisis cuantitativo de la textura de láminas ferroeléctricas, que comprende la obtención de figuras de polo por medio de difracción de rayos X usando un goniómetro, y el cálculo a partir de estas de las funciones de distribución de orientaciones. En este trabajo se resumen brevemente los principios del análisis cuantitativo de la textura y se muestra su aplicación al estudio de diversas láminas delgadas ferroeléctricas de titanato de plomo modificado con La y Ca (PTL y PTC) y zirconato titanato de plomo (PZT). Este método permite la caracterización del tipo de textura, la identificación de las distintas componentes que contribuyen a la orientación final del material y la obtención de un valor indicativo del grado de textura de la lámina y, en su caso, de las capas sobre las que esta se crece. Esta información nos permite estudiar los procesos que conducen a la orientación en las láminas y obtener correlaciones de ésta con el comportamiento macroscópico.
