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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 21/2017

06.07.2017

Comprehensive characterization of PVDF-TrFE thin films for microelectromechanical system applications

verfasst von: Alperen Toprak, Onur Tigli

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 21/2017

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Abstract

This paper presents a comprehensive characterization of a polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene (PVDF-TrFE) thin film with 75/25 molar ratio for piezoelectric MEMS applications. PVDF-TrFE film was deposited on a silicon substrate using spin coating, and electrodes were formed using sputtering. Dielectric constant and dielectric loss factor were measured at different frequencies. Frequency and temperature dependence of the ferroelectric response was examined to investigate required poling conditions and maximum operating temperature. The lower limit for the coercive field was measured as 55 V/μm at room temperature. Coercive field decreased with temperature with a slope of −0.1 V/μm K, and ferroelectric to paraelectric transition occurred between 100  and 108 °C. Piezoelectric displacement measurements were performed using an atomic force microscope based method. Average value of the effective piezoelectric d33 coefficient was measured as −23.9 pm/V. No degradation was observed in this value after 2 × 105 unipolar excitation cycles. On the other hand, significant fatigue was observed in the piezoelectric response due to polarization switching; 1.8 × 105 cycles caused an average reduction of 33% in the effective d33. Presented data corroborates with the previous studies in the literature and can be used in the design of PVDF-TrFE based MEMS devices utilizing its dielectric, ferroelectric, and piezoelectric properties.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat P. Muralt, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. FrEq. Control 47(4), 903–915 (2000)CrossRef P. Muralt, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. FrEq. Control 47(4), 903–915 (2000)CrossRef
2.
Zurück zum Zitat S. Trolier-McKinstry, P. Muralt, J. Electroceram. 12(1–2), 7–17 (2004)CrossRef S. Trolier-McKinstry, P. Muralt, J. Electroceram. 12(1–2), 7–17 (2004)CrossRef
3.
4.
Zurück zum Zitat P. Muralt, R. G. Polcawich, S. Trolier-McKinstry, MRS Bull. 34(09), 658–664 (2009)CrossRef P. Muralt, R. G. Polcawich, S. Trolier-McKinstry, MRS Bull. 34(09), 658–664 (2009)CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Y.B. Jeon, R. Sood, J.H. Jeong and S.G. Kim, Sens. Actuators A Phys. 122(1), 16–22 (2005)CrossRef Y.B. Jeon, R. Sood, J.H. Jeong and S.G. Kim, Sens. Actuators A Phys. 122(1), 16–22 (2005)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat B. Lee, S. Lin, W. Wu, X. Wang, P. Chang, C. Lee, J. Micromec. Microeng. 19(6), 065014 (2009)CrossRef B. Lee, S. Lin, W. Wu, X. Wang, P. Chang, C. Lee, J. Micromec. Microeng. 19(6), 065014 (2009)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat N. Setter, D. Damjanovic, L. Eng, G. Fox, S. Gevorgian, S. Hong, A. Kingon, H. Kohlstedt, N.Y. Park, G.B. Stephenson, I. Stolitchnov, A.K. Taganstev, D.V. Taylor, T. Yamada, S. Streiffer, J. Appl. Phys. 100(5), 051606 (2006)CrossRef N. Setter, D. Damjanovic, L. Eng, G. Fox, S. Gevorgian, S. Hong, A. Kingon, H. Kohlstedt, N.Y. Park, G.B. Stephenson, I. Stolitchnov, A.K. Taganstev, D.V. Taylor, T. Yamada, S. Streiffer, J. Appl. Phys. 100(5), 051606 (2006)CrossRef
8.
Zurück zum Zitat I.Y. Shen, G.Z. Cao, C.C. Wu, C.C. Lee, Ferroelectrics 342(1), 15–34 (2006)CrossRef I.Y. Shen, G.Z. Cao, C.C. Wu, C.C. Lee, Ferroelectrics 342(1), 15–34 (2006)CrossRef
9.
10.
Zurück zum Zitat S.R. Oh, K. Yao, F.E.H. Tay, J. Micromec. Microeng. 23(9), 095023 (2013)CrossRef S.R. Oh, K. Yao, F.E.H. Tay, J. Micromec. Microeng. 23(9), 095023 (2013)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat A. Toprak, O. Tigli, J. Microelectromec. Syst. 24(6), 1989–1997 (2015)CrossRef A. Toprak, O. Tigli, J. Microelectromec. Syst. 24(6), 1989–1997 (2015)CrossRef
12.
Zurück zum Zitat T. Nakajima, K. Okaya, K. Ohta, T. Furukawa, S. Okamura, Jpn. J. Appl. Phys. 50(9), 09ND14 (2011)CrossRef T. Nakajima, K. Okaya, K. Ohta, T. Furukawa, S. Okamura, Jpn. J. Appl. Phys. 50(9), 09ND14 (2011)CrossRef
13.
Zurück zum Zitat A. Toprak, O. Tigli, Tech. Proc. NSTI Nanotech. Conf. Expo. 2, 69–72 (2014) A. Toprak, O. Tigli, Tech. Proc. NSTI Nanotech. Conf. Expo. 2, 69–72 (2014)
14.
Zurück zum Zitat R. Simoes, M. Rodriguez-Perez, J. De Saja, L. Marques, A. Kinoshita, C. Constantino, in 11th International Conference on Advanced Materials, Rio de Janerio, (2009) R. Simoes, M. Rodriguez-Perez, J. De Saja, L. Marques, A. Kinoshita, C. Constantino, in 11th International Conference on Advanced Materials, Rio de Janerio, (2009)
15.
17.
Zurück zum Zitat T. Furukawa, T. Nakajima, Y. Takahashi, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 13(5), 1120–1131 (2006) T. Furukawa, T. Nakajima, Y. Takahashi, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 13(5), 1120–1131 (2006)
18.
Zurück zum Zitat D. Mao, B. E. Gnade, M. A. Quevedo-Lopez, in Ferroelectrics, ed. by M. Lallart (InTech, Rijeka, 2011), p. 77 D. Mao, B. E. Gnade, M. A. Quevedo-Lopez, in Ferroelectrics, ed. by M. Lallart (InTech, Rijeka, 2011), p. 77
19.
Zurück zum Zitat F. Xia, H. Xu, F. Fang, B. Razavi, Z.-Y. Cheng, Y. Lu, B. Xu, Q.M. Zhang, Appl. Phys. Lett. 78(8), 1122–1124 (2001)CrossRef F. Xia, H. Xu, F. Fang, B. Razavi, Z.-Y. Cheng, Y. Lu, B. Xu, Q.M. Zhang, Appl. Phys. Lett. 78(8), 1122–1124 (2001)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat S.-M. Yoon, S.-W. Jung, S. Yang, S.-H.K. Park, B.-G. Yu, H. Ishiwara, Curr. Appl. Phys. 11(3), S219–S224 (2011)CrossRef S.-M. Yoon, S.-W. Jung, S. Yang, S.-H.K. Park, B.-G. Yu, H. Ishiwara, Curr. Appl. Phys. 11(3), S219–S224 (2011)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat G. Zhu, J. Zhang, X. Luo, X. Yan, Org. Electron 10(5), 753–760 (2009)CrossRef G. Zhu, J. Zhang, X. Luo, X. Yan, Org. Electron 10(5), 753–760 (2009)CrossRef
22.
Zurück zum Zitat D. Mao, I. Mejia, H. Stiegler, B. Gnade, M. Quevedo-Lopez, Org. Electron 12(8), 1298–1303 (2011)CrossRef D. Mao, I. Mejia, H. Stiegler, B. Gnade, M. Quevedo-Lopez, Org. Electron 12(8), 1298–1303 (2011)CrossRef
23.
Zurück zum Zitat D. Mao, I. Mejia, H. Stiegler, B.E. Gnade, M.A. Quevedo-Lopez, J. Appl. Phys 108(9), 094102 (2010)CrossRef D. Mao, I. Mejia, H. Stiegler, B.E. Gnade, M.A. Quevedo-Lopez, J. Appl. Phys 108(9), 094102 (2010)CrossRef
24.
Zurück zum Zitat N. Takashi, A. Ryosuke, T. Yoshiyuki, F. Takeo, Jpn. J. Appl. Phys. 44(10L), L1385 (2005) N. Takashi, A. Ryosuke, T. Yoshiyuki, F. Takeo, Jpn. J. Appl. Phys. 44(10L), L1385 (2005)
25.
Zurück zum Zitat X. Zhang, X. Du, Y. Hou, Z. Lü, H. Xu, Appl. Phys. Lett. 104(10), 103505 (2014)CrossRef X. Zhang, X. Du, Y. Hou, Z. Lü, H. Xu, Appl. Phys. Lett. 104(10), 103505 (2014)CrossRef
26.
Zurück zum Zitat X.L. Zhang, H.S. Xu, Y.N. Zhang, J. Phys. D Appl. Phys. 44(15), 155501 (2011)CrossRef X.L. Zhang, H.S. Xu, Y.N. Zhang, J. Phys. D Appl. Phys. 44(15), 155501 (2011)CrossRef
27.
28.
Zurück zum Zitat H. Wang, Q.M. Zhang, L.E. Cross, A.O. Sykes, J. Appl. Phys. 74(5), 3394–3398 (1993)CrossRef H. Wang, Q.M. Zhang, L.E. Cross, A.O. Sykes, J. Appl. Phys. 74(5), 3394–3398 (1993)CrossRef
29.
30.
Zurück zum Zitat W.J. Hu, D.M. Juo, L. You, J. Wang, Y.C. Chen, Y.H. Chu, T. Wu, Sci. Rep. 4, 4772 (2014)CrossRef W.J. Hu, D.M. Juo, L. You, J. Wang, Y.C. Chen, Y.H. Chu, T. Wu, Sci. Rep. 4, 4772 (2014)CrossRef
31.
Zurück zum Zitat L. M. Blinov, M. F. Vladimir, P. P. Sergei, A. V. Bune, P. A. Dowben, D. Stephen, Physics-Uspekhi 43(3), 243 (2000)CrossRef L. M. Blinov, M. F. Vladimir, P. P. Sergei, A. V. Bune, P. A. Dowben, D. Stephen, Physics-Uspekhi 43(3), 243 (2000)CrossRef
32.
Zurück zum Zitat G. Zhu, Z. Zeng, L. Zhang, X. Yan, Appl. Phys. Lett. 89(10), 102905 (2006)CrossRef G. Zhu, Z. Zeng, L. Zhang, X. Yan, Appl. Phys. Lett. 89(10), 102905 (2006)CrossRef
33.
Zurück zum Zitat D. Zhao, I. Katsouras, M. Li, K. Asadi, J. Tsurumi, G. Glasser, J. Takeya, P.W. Blom, D.M. de Leeuw, Sci. Rep. 4, 5075 (2014)CrossRef D. Zhao, I. Katsouras, M. Li, K. Asadi, J. Tsurumi, G. Glasser, J. Takeya, P.W. Blom, D.M. de Leeuw, Sci. Rep. 4, 5075 (2014)CrossRef
Metadaten
Titel
Comprehensive characterization of PVDF-TrFE thin films for microelectromechanical system applications
verfasst von
Alperen Toprak
Onur Tigli
Publikationsdatum
06.07.2017
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 21/2017
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-017-7482-5

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