(MOCVD) oxidischer Dönnschich ten aus dem Materialsystem Barium

12 2 Grundlagen
Bild 2.1: Gitterkonstanten und Zellvolumen von Bariumtitanat in Abhängigkeit von Phase und
Temperatur [23]
Im Vergleich zum tetragonalen BaTiO3 ist das kubische SrTiO3 (Strontiumtitanat, STO)
eine geeignete Modellsubstanz für Perovskite, da es keine Domänenstruktur aufweist;
der paraelektrische Zustand existiert in einem sehr großen Temperaturintervall. Bei
etwa 105 K durchläuft das Oxid eine Phasenwandlung zur (antiferroelektrischen)
tetragonalen Form [51]. Der kubische Gitterparameter für STO ist 3,905 Å bei
Raumtemperatur [52][53]. STO-Schichten sind als alternative Gate-Dielektrika und als
Substratmaterial untersucht bzw. verwendet worden. Strontiumtitanat-Filme werden
auch als Zwischenschicht (buffer layer) bei der Abscheidung von GaAs verwendet [54].
STO ist aber insbesondere als ternäres Endsystem der Festkörperlösung Barium-
Strontiumtitanat ein herausragendes dielektrisches Material der
Dünnschichttechnologie. Hierzu werden nähere Ausführungen im nachfolgenden
Kapitel gemacht.
Ein entscheidender Effekt im Hinblick auf ferroelektrische Phasenübergänge bzw. deren
Modifikation oder Unterdrückung (sogenanntes ‚superparaelektrisches’ Verhalten) ist
der Korngrößeneffekt. BTO-Bulkkeramiken weisen bei 126 °C ein scharfes Maximum
im Temperaturverlauf der Permittivität auf. Bei sehr feinkörnigen Bulkkeramiken wird
dies nicht beobachtet. Stattdessen kann man ein sehr breites Maximum finden, und
solche Keramiken zeigen zudem auch keine ferroelektrische Hysterese bei
Raumtemperatur. Der Größeneffekt (Bild 2.2) wurde zum ersten Mal 1954 von
Kniepkamp/Heywang publiziert [47]. Jonker/Noorlander präparierten feinkörnige
Keramiken mit einer mittleren Korngröße von ca. 1 µm und bei Bestimmung der
Temperaturabhängigkeit (0 °C – 170 °C) der Permittivität stellten sie fest, dass sie ein
Maximum von �r � 4000 erst bei Raumtemperatur fanden [48]. Weitere Arbeiten wiesen
durch verschiedene Untersuchungsmethoden nach, dass es in der Tat einen
Zusammenhang zwischen verkleinerter Korngröße und reduzierter Curietemperatur
gibt. Für Barium-Titanat-Keramiken lieferten Frey und Payne [49] eine Erklärung,
warum Korngrößen Einfluss auf die Phasenübergangstemperatur nehmen. Sie fanden
heraus, dass bei Raumtemperatur feinkörnige BTO-Keramikproben (mittlerer