다양한 온도에서 합성된 $PbTiO_3$ 나노튜브의 도메인 구조 및 국부적인 위치에서의 강유전 특성 분석

Abstract

다양한 온도에서 $PbTiO_3$ (PTO) 나노튜브를 합성하여 도메인 구조를 분석하였다. 300도의 온도에서는 강유전상 PTO의 합성이 전혀 일어나지 않았다. 그러나 400도 이상의 반응온도에서는 $TiO-2$ 에서 PTO로의 합성이 성공적으로 일어나 강유전상이 형성되었고 도메인 구조의 관찰이 가능하였다. 500도와 600도의 온도에서 합성된 나노튜브는 상전이 중 일어나는 내부 스트레스으 ㅣ방출로 인하여 파괴되는 현상을 확인하였다. 이러한 상전이로 인해 나노튜브의 도메인의 평균 면적은 증가하고 종횡비는 감소하는 사실까지 알 수 있었다. PTO 나노튜브 상의 국부적인 위치에서의 강유전 특성 분석도 수행되었다. 스위칭 특성의 경우 나노튜브의 중간 부분이 양 측면 부분보다 큰 항전계 값을, 작은 압전 거동 값을 보이는 것을 알 수 있었는데 이는 나노튜브의 국부적인 위치에 따라 전기장의 분포 양상이 달라지기 때문이다. 또한 P-V 곡선의 이동을 통해 나노튜브와 기판사이에 기판 방향을 향하는 self-polarized region이 존재함을 알 수 있었다. 리텐션 특성의 경우, 중간 dot과 측면 dot 모두 나노튜브의 구조적 스트레스 및 결함 등에 의한 불완전한 스위칭을 겪으면서 형성된 것을 발견하였다. 중간 dot의 경우 전기장의 분산과 불완전 스위칭으로 인해 dot의 형성에 기여하는 유효 전기장의 감소가 매우 컸던 반면, 측면 dot의 경우 비록 불완전 스위칭은 일어났지만 해당 측면에 강하게 집중되는 전기장으로 인해 유효 전기장의 감소가 중간 dot의 경우와 비교하여 훨씬 적었다. 이로 인해 측면 dot은 중간 dot보다 2.5배 긴 완화시간을 갖는 것을 확인할 수 있었다.