Desarrollo de un sistema para obtener ciclos de histéresis de materiales ferroeléctricos utilizando un potenciostato

 

J. Guillén–Rodríguez*, A. Zapata–Navarro, M. Zapata–Torres, A. Márquez–Herrera

 

CICATA–IPN Unidad Legaria, Legaria 694, Col. Irrigación, Delegación Miguel Hidalgo, C.P. 11500, México D.F., México

I.T.E.S.M. Campus Tampico, Puerto Industrial, Altamira, Tamaulipas, México, C.P. 89600. * jguillenrdz@hotmail.com

 

Recibido: 20 de agosto de 2009.
Aceptado: 8 de octubre de 2009.

 

Resumen

Se implementó un sistema para medir propiedades ferroeléctricas utilizando un potenciostato/galvanostato (POT/GAL) en un circuito Tower–Sawyer modificado. Una tarjeta de adquisición de datos y una computadora personal fueron usadas para controlar de manera remota el POT/GAL y a través de los puertos análogos y digitales de entrada y salida fueron programados y leídos el potencial y corriente en las muestras. El POT/GAL fue utilizado debido a su muy alta impedancia de entrada comparada con los circuitos hechos en laboratorios para obtener los ciclos de histéresis de muestras ferroeléctricas. Se desarrolló un software que controla completamente el POT/GAL, así como la amplitud, frecuencia y el tipo de señal aplicada a la muestra. Obtiene los ciclos de histéresis de la polarización espontánea versus potencial eléctrico y despliega los valores del potencial coercitivo y polarización remanente. Para comprobar la funcionalidad de nuestro sistema se caracterizaron capacitores ferroeléctricos de material Pb(Zr_xTi_1–x)O₃ conocido también como PZT (4,000 y 10,000μ² de área y 255 nm de espesor) a diferente potencial(1–9 volts) y frecuencia( 1–45 Hz ) y se compararon los resultados con las mediciones en un equipo de Radiant Technologies Inc. resultando buena concordancia entre ambas mediciones.

Palabras clave: Histéresis; Ferroeléctricos; Potenciostato.

 

Abstract

A novel system to measure ferroelectric properties using a potensiostat/galvanostat (POT/GAL) with a modified Tower–Sawyer circuit was implemented. A data acquisition card and a desktop computer were used to control the POT/GAL. The DAQ's analog and digital input/outputs ports were programmed for read the potential and current in the samples. The POT/GAL was used because it has a higher input impedance than homemade circuits used in laboratories, to obtain hysteresis loops of ferroelectric samples. A software was developed to fully control the POT/GAL, it also controls the amplitude and frequency of the potential applied to the samples. It obtains the spontaneous polarization versus electric field hysteresis loops, and display the values of coercive potential and remanent polarization. To explore the functionality or our system, commercial PZT (Lead Zirconate Titanate) ferroelectric capacitors (4,000 y 10,000μ² area, 255nm thickness) were characterized. The results of polarization versus electric potential of these capacitors for different frequencies (1–45 Hz) and different excitation voltages (1–9 volts) were made, the samples were also characterized with a commercial equipment from Radiant Technology Inc. The results showed a good agreement in both equipment.

Keywords: Hysteresis; Ferroelectric; Potentiostat.

 

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Agradecimientos

Agradecemos a la Secretaria de Investigación y Posgrado (Proyecto SIP 20090484) por su apoyo a este trabajo.

 

Referencias

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