Size effects in ferroelectric thin films

Einige theoretische wie auch experimentelle Arbeiten an ferroelektrischen Pulvern weisen darauf hin, dass Ferroelektrizität nur oberhalb eines kritischen Kristallitvolumens stabil ist. Aus den theoretischen Arbeiten zu PTO ergibt sich ein kritisches Volumen von ungefähr 1000 nm3 (Ferroelektrisches Limit). Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Messung des ferroelektrischen Limits an einzelnen Kondensatoren. Hierbei war die erste Herausforderung, eine Methode zu entwickeln, Kondensatoren im Bereich von einigen zehn Nanometern herzustellen und zum Anderen ein Meßverfahren zu erarbeiten, welches es ermöglicht diese kleinen Strukturen einzeln zu charakterisieren. Mit einem modifizierten Rasterkraft Mikroskop dem sogenannten Piezoresponse Force Microscope (PFM) wurden die ferroelektrischen Kristallite charakterisiert. Es konnten Domänen mit einer Breite von weniger als 10 nm aufgelöst werden. Zum ersten Mal wurde das ferroelektrische Limit an einzelnen PTO Körnern nachgewiesen. Das kleinste noch ferroelektrische Korn hatte ein Volumen von 7200 nm3. Das größte nicht mehr ferroelektrische Korn besaß ein Volumen von 2400 nm3. Ausgedrückt durch den Durchmesser von sphärischen Partikeln bedeutet dies: Das Ferroelektrische Limit für PTO liegt zwischen 16.5 und 24 nm.