Thermo-electrical characterization of PZT ferroelectric capacitors

Abstract

Este trabajo versa sobre la caracterización termo-eléctrica de dos diafragmas piezoeléctricos, conocidos coloquialmente como zumbadores, cuyos elementos activos son cerámicas de titanato de zirconato de plomo (PZT). En primer lugar, realizamos un estudio de las curvas intensidad-voltaje y los ciclos de histéresis de los zumbadores para, posteriormente, proceder al análisis de rendimiento de las muestras a lo largo de un rango ancho de temperaturas. Logramos demostrar que, a medida que la temperatura descendía, la cerámica requería de un voltaje mayor para polarizarse completamente y que las corrientes de polarización disminuían. Encontramos también que el campo coercitivo aumentaba notablemente hacia menores temperaturas, con lo que aumentaban las pérdidas del dieléctrico (dadas por el área bajo la curva del ciclo de histéresis). La explicación para este fenómeno reside en que el cambio de polarización en el material ferroeléctrico viene dado primordialmente por el movimiento de las paredes de dominio, un proceso activado térmicamente. El estudio del backswitching de la polarización demostró que existía una dependencia con el tamaño, si bien el comportamiento con la temperatura en ambas muestras era similar. Posteriormente, caracterizamos en frecuencia y temperatura la impedancia eléctrica de uno de los zumbadores, así como la capacidad y su permitividad eléctrica. Finalmente, puesto que los zumbadores se utilizan como componentes acústicos, procedimos a utilizar un sonómetro con ánimo de medir la presión sonora a temperatura ambiente. Este análisis confirmó sus excelentes propiedades electroacústicas en el rango de frecuencias perceptibles por el oído humano medio (20 Hz - 20 kHz).