Skip to main content
Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 12/2015

08.05.2015

Polarization switching at room temperature of undoped BiFeO3 thin films crystallized at temperatures between 400 ≤ T ≤ 500 °C

verfasst von: A. Perez-Rivero, M. Tomczyk, R. Jiménez, I. Bretos, J. Ricote, P. M. Vilarinho, M. L. Calzada

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 12/2015

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

Pure BiFeO3 perovskite thin films have been prepared on Pt-coated silicon substrates by chemical solution deposition at temperatures below 500 °C. Precursor solutions with and without Bi(III) excess have been used. Perovskite films without crystalline secondary phases, as detected by X-ray diffraction analysis, are obtained at the lowest temperature limit of 400 °C. However, the scanning electron micrographs of these films show surface microstructures formed by well defined grains surrounded by a fine grained phase, suggesting the appearance of a volume fraction of crystals in an early stage of crystallization. The films prepared with Bi(III) excess have better defined ferroelectric hysteresis loops than those without any excess, especially for the films annealed at 400 °C, which can be attributed to an improved connectivity of the ferroelectric phase. This together with the fact that leakage current densities in the films decrease with decreasing the processing temperature, make that the BiFeO3 films prepared with Bi(III) excess and annealed at 400 and 450 °C can be poled at room temperature, obtaining an effective switching of the ferroelectric polarization with the electric field. Remanent polarization values of PR ~ 10 and ~60 μC/cm2 with coercive fields of EC ~ 205 and 235 kV/cm were obtained for the films prepared at 400 and 450 °C, respectively. The demonstration of the functionality at room temperature of these low temperature processed undoped BiFeO3 thin films increases the interest in these materials for their integration in multiferroic devices.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
2.
4.
Zurück zum Zitat B.C. Jeon, D. Lee, M.H. Lee, S.M. Yang, S.C. Chae, T.K. Song, S.D. Bu, J.G. Yoon, T.W. Noh, Adv. Mater. 25, 5643 (2013)CrossRef B.C. Jeon, D. Lee, M.H. Lee, S.M. Yang, S.C. Chae, T.K. Song, S.D. Bu, J.G. Yoon, T.W. Noh, Adv. Mater. 25, 5643 (2013)CrossRef
5.
Zurück zum Zitat S. Iakoviev, C.H. Sofferbech, M. Kuhnke, M. Es-Souni, J. Appl. Phys. 97, 094901 (2005)CrossRef S. Iakoviev, C.H. Sofferbech, M. Kuhnke, M. Es-Souni, J. Appl. Phys. 97, 094901 (2005)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat A.Z. Simoes, C.S. Riccardi, M.L. Cos Santos, F. Gonzalez-Garcia, E. Longo, J.A. Varela, Mater. Res. Bull. 44, 1747 (2009)CrossRef A.Z. Simoes, C.S. Riccardi, M.L. Cos Santos, F. Gonzalez-Garcia, E. Longo, J.A. Varela, Mater. Res. Bull. 44, 1747 (2009)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat V. Fruth, M. Popa, J.M. Calderón-Moreno, E.M. Anghel, D. Berger, M. Gartner, M. Anastasescu, P. Osiceanu, M. Zaharescu, J. Eur. Ceram. Soc. 27, 4417 (2007)CrossRef V. Fruth, M. Popa, J.M. Calderón-Moreno, E.M. Anghel, D. Berger, M. Gartner, M. Anastasescu, P. Osiceanu, M. Zaharescu, J. Eur. Ceram. Soc. 27, 4417 (2007)CrossRef
8.
Zurück zum Zitat A. Hardy, S. Gielis, H. Van den Rul, J. D’Haen, M.K. Van Bael, J. Mullens, J. Eur. Ceram. Soc. 29, 3007 (2009)CrossRef A. Hardy, S. Gielis, H. Van den Rul, J. D’Haen, M.K. Van Bael, J. Mullens, J. Eur. Ceram. Soc. 29, 3007 (2009)CrossRef
9.
Zurück zum Zitat C. Gutiérrez-Lazaro, I. Bretos, R. Jiménez, J. Ricote, H. El Hosiny, D. Pérez-Mezcua, R.J. Jiménez-Rioboó, M. García-Hernandez, M.L. Calzada, J. Am. Ceram. Soc. 96, 3061 (2013) C. Gutiérrez-Lazaro, I. Bretos, R. Jiménez, J. Ricote, H. El Hosiny, D. Pérez-Mezcua, R.J. Jiménez-Rioboó, M. García-Hernandez, M.L. Calzada, J. Am. Ceram. Soc. 96, 3061 (2013)
11.
Zurück zum Zitat L. Keeney, T. Maity, M. Schmidt, A. Amann, N. Deepak, N. Petkov, S. Roy, M.E. Pemble, R.W. Whatmore, J. Am. Ceram. Soc. 96, 2339 (2015)CrossRef L. Keeney, T. Maity, M. Schmidt, A. Amann, N. Deepak, N. Petkov, S. Roy, M.E. Pemble, R.W. Whatmore, J. Am. Ceram. Soc. 96, 2339 (2015)CrossRef
12.
Zurück zum Zitat C.A.F. Vaz, J. Hoffman, C.H. Ahn, R. Ramesh, Adv. Mater. 22, 2900 (2010)CrossRef C.A.F. Vaz, J. Hoffman, C.H. Ahn, R. Ramesh, Adv. Mater. 22, 2900 (2010)CrossRef
13.
Zurück zum Zitat D. Rivero, L. Pardo, R. Jiménez, Revista Cubana de Física 26, 169 (2009) D. Rivero, L. Pardo, R. Jiménez, Revista Cubana de Física 26, 169 (2009)
14.
Zurück zum Zitat R. Jiménez, C. Alemany, M.L. Calzada, A. González, J. Ricote, J. Mendiola, Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 75, 607 (2002)CrossRef R. Jiménez, C. Alemany, M.L. Calzada, A. González, J. Ricote, J. Mendiola, Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 75, 607 (2002)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat S.L. Miller, R.D. Nasby, J.R. Schwank, M.S. Rodgers, P.V. Dresendorfer, J. Appl. Phys. 68, 6463 (1990)CrossRef S.L. Miller, R.D. Nasby, J.R. Schwank, M.S. Rodgers, P.V. Dresendorfer, J. Appl. Phys. 68, 6463 (1990)CrossRef
16.
19.
Zurück zum Zitat R. Jiménez, R. Fernández, J. Ricote, Leakage current compensation of ferroelectric hysteresis loops in ultrathin capacitors. Piezo 2009 (Electroceramics for End Users, Zakopane, 2009) R. Jiménez, R. Fernández, J. Ricote, Leakage current compensation of ferroelectric hysteresis loops in ultrathin capacitors. Piezo 2009 (Electroceramics for End Users, Zakopane, 2009)
20.
Zurück zum Zitat J. Mendiola, M.L. Calzada, P. Ramos, M.J. Martin, F. Agullo-Rueda, Thin Solid Films 315, 195 (1998)CrossRef J. Mendiola, M.L. Calzada, P. Ramos, M.J. Martin, F. Agullo-Rueda, Thin Solid Films 315, 195 (1998)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat A. Sigov, Y. Podgorny, V. Vorotilov, A. Vishnevskiy, Phase Trans. 86, 1141 (2013)CrossRef A. Sigov, Y. Podgorny, V. Vorotilov, A. Vishnevskiy, Phase Trans. 86, 1141 (2013)CrossRef
22.
Zurück zum Zitat I. Pintillie, I. Vrejoiu, D. Hesse, G. Le Rhun, M. Alexe, Phys. Rev. B 75, 104103 (2007)CrossRef I. Pintillie, I. Vrejoiu, D. Hesse, G. Le Rhun, M. Alexe, Phys. Rev. B 75, 104103 (2007)CrossRef
23.
Zurück zum Zitat J.F. Scott, J. Phys.: Condens. Matter 26, 142202 (2014) J.F. Scott, J. Phys.: Condens. Matter 26, 142202 (2014)
24.
Zurück zum Zitat T. Rojac, M. Kosec, B. Burdic, N. Setter, D. Damjanovic, J. Appl. Phys. 108, 074107 (2010)CrossRef T. Rojac, M. Kosec, B. Burdic, N. Setter, D. Damjanovic, J. Appl. Phys. 108, 074107 (2010)CrossRef
25.
26.
Zurück zum Zitat M. Alexe, C. Harnagea, D. Hesse, U. Gossele, Appl. Phys. Lett. 75, 1793 (1999)CrossRef M. Alexe, C. Harnagea, D. Hesse, U. Gossele, Appl. Phys. Lett. 75, 1793 (1999)CrossRef
27.
Zurück zum Zitat G.W. Pabst, L.W. Martin, Y.H. Chu, R. Ramesh, Appl. Phys. Lett. 90, 072902 (2007)CrossRef G.W. Pabst, L.W. Martin, Y.H. Chu, R. Ramesh, Appl. Phys. Lett. 90, 072902 (2007)CrossRef
28.
Zurück zum Zitat I. Bretos, R. Jiménez, C. Gutiérrez-Lazaro, I. Montero, M.L. Calzada, Appl. Phys. Lett. 104, 092905 (2014)CrossRef I. Bretos, R. Jiménez, C. Gutiérrez-Lazaro, I. Montero, M.L. Calzada, Appl. Phys. Lett. 104, 092905 (2014)CrossRef
29.
Zurück zum Zitat L. Pardo, J. Mendiola, C. Alemany, J. Appl. Phys. 84, 5082 (1988) L. Pardo, J. Mendiola, C. Alemany, J. Appl. Phys. 84, 5082 (1988)
30.
Zurück zum Zitat C. de Dobbelaere, M.L. Calzada, R. Jiménez, J. Ricote, I. Bretos, J. Mullens, A. Hardy, M. van Bael, J. Am. Chem. Soc. 133, 12922 (2011)CrossRef C. de Dobbelaere, M.L. Calzada, R. Jiménez, J. Ricote, I. Bretos, J. Mullens, A. Hardy, M. van Bael, J. Am. Chem. Soc. 133, 12922 (2011)CrossRef
31.
Zurück zum Zitat H.M. Alshareef, A.I. Kingon, X. Chen, X.R. Bellur, O. Auciello, J. Mater. Res. 9, 2968 (1994)CrossRef H.M. Alshareef, A.I. Kingon, X. Chen, X.R. Bellur, O. Auciello, J. Mater. Res. 9, 2968 (1994)CrossRef
32.
33.
34.
Zurück zum Zitat A. Wu, P.M. Vilarinho, I. Reaney, M. Miranda-Salvado, Chem. Mater. 15, 1147 (2003)CrossRef A. Wu, P.M. Vilarinho, I. Reaney, M. Miranda-Salvado, Chem. Mater. 15, 1147 (2003)CrossRef
35.
Zurück zum Zitat I. Bretos, R. Jiménez, A. Wu, A.I. Kingon, P.M. Vilarinho, M.L. Calzada, Adv. Mater. 26, 1405 (2014)CrossRef I. Bretos, R. Jiménez, A. Wu, A.I. Kingon, P.M. Vilarinho, M.L. Calzada, Adv. Mater. 26, 1405 (2014)CrossRef
36.
Zurück zum Zitat V.R. Singh, A. Garg, D.C. Agrawal, Appl. Phys. Lett. 92, 152905 (2008)CrossRef V.R. Singh, A. Garg, D.C. Agrawal, Appl. Phys. Lett. 92, 152905 (2008)CrossRef
37.
Zurück zum Zitat H. Uchida, R. Ueno, H. Funakubo, S. Koda, J. Appl. Phys. 100, 014106 (2006)CrossRef H. Uchida, R. Ueno, H. Funakubo, S. Koda, J. Appl. Phys. 100, 014106 (2006)CrossRef
38.
Zurück zum Zitat S.R. Das, P. Bhattacharya, R.N.P. Choudhary, R.S. Katiyar, J. Appl. Phys. 99, 066107 (2006)CrossRef S.R. Das, P. Bhattacharya, R.N.P. Choudhary, R.S. Katiyar, J. Appl. Phys. 99, 066107 (2006)CrossRef
40.
Zurück zum Zitat J.K. Kim, S.S. Kim, W.J. Kim, A.S. Bhalla, R. Guo, Appl. Phys. Lett. 88, 132901 (2006)CrossRef J.K. Kim, S.S. Kim, W.J. Kim, A.S. Bhalla, R. Guo, Appl. Phys. Lett. 88, 132901 (2006)CrossRef
Metadaten
Titel
Polarization switching at room temperature of undoped BiFeO3 thin films crystallized at temperatures between 400 ≤ T ≤ 500 °C
verfasst von
A. Perez-Rivero
M. Tomczyk
R. Jiménez
I. Bretos
J. Ricote
P. M. Vilarinho
M. L. Calzada
Publikationsdatum
08.05.2015
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 12/2015
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-015-3150-9

Weitere Artikel der Ausgabe 12/2015

Journal of Materials Science: Materials in Electronics 12/2015 Zur Ausgabe

Editorial

Editorial

Neuer Inhalt