Ferroelektrische Nanopartikel für elektronische Bauelemente

Erste Untersuchungen an ferroelektrischen Nanopartikeln wurden schon Anfang der 50er Jahre durchgeführt. Diese Untersuchungen zeigten eine starke Abhängigkeit der dielektrischen Eigenschaften von der Größe der einzelnen Partikel. Diese sogenannten Größeneffekte spielten ab diesem Zeitpunkt eine große Rolle und wurden vielfältig theoretisch und experimentell untersucht. Von besonderem Interesse waren und sind dabei Nanopartikel aus Bleititanat, Bariumtitanat und Blei-Zirkonat-Titanat. Diese Materialien zeigen eine starke Abhängigkeit der Curie-Temperatur und des c/a-Achsen-Verhältnisses der Einheitszelle von der Größe der Partikel. Neben den einzelnen Partikeln sind regelmäßig nanostrukturierte Oberflächen von besonderem Interesse für neuartige Sensor- und Aktorkonzepte. In diesem Band der Buchreihe „Dresdner Beiträge zur Sensorik“ wird die Herstellung solcher nanostrukturierten Oberflächen behandelt. Durch die Anwendung der Nanokugellithografie werden magnetron-gesputterte Blei-Zirkonat-Titanat-Dünnschichten in regelmäßige Arrays aus Nanopunkten strukturiert. Mithilfe eines Polymers werden die Nanopunkte gegeneinander isoliert und mit einer Topelektrode kontaktiert. Solche nanostrukturierten Sensorschichten zeigen eine erhöhte piezoelektrische Antwort, wenn sie mit Piezokraft-Mikroskopie untersucht werden. Dadurch ist es möglich Sensoren mit größerer Empfindlichkeit herzustellen. Neben den kontaktierten Nanostrukturen wurden auch einzelne Nanopunkte untersucht, um so den Einfluss der Strukturierung auf die ferroelektrische Domänenbildung und lokale piezoelektrische Antwort genauer zu verstehen. Dabei scheinen 180°- und 90°-Domänenwände eine immer geringere Rolle zu spielen und sich in den Nanopunkten drehende Polarisationen auszubilden.