Skip to main content
Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 8/2019

12.03.2019

Study on leakage current, ferroelectric and dielectric properties of BFMO thin films with different bismuth contents

verfasst von: L. X. Chen, C. Xu, X. L. Fan, X. H. Cao, K. Ji, C. H. Yang

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 8/2019

Einloggen

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

search-config
loading …

Abstract

Bi(1+x)Fe0.95Mn0.05O3 thin films with different bismuth contents (abbreviated as B1+xFMO, x = − 0.05, 0, 0.05, 0.1) were fabricated by chemical solution deposition on ITO/glass substrates. The effects of Bi nonstoichiometry on the microstructure, leakage current, ferroelectric and dielectric properties of BFMO films are investigated. The B1.05FMO and B1.1FMO thin films possess single perovskite structure, while the secondary phase of Bi2Fe4O9 can be observed in BFMO and B0.95FMO thin films. Compared with the other three samples in this work, drastically reduced leakage current can be found in B1.05FMO. For each film, the dominant conduction mechanisms are the Ohmic conduction and the space charge limited conduction at lower electric fields and the interface-limited Fowler–Nordheim tunneling at higher electric regions, respectively. Among the B1+xFMO films (x = − 0.05, 0, 0.05, 0.1), the B1.05FMO film possesses significantly improved electrical properties, reflected by a large remanent polarization (Pr ~ 68.3 µC/cm2), lower dielectric loss (tanδ ~ 0.02), large dielectric constant (εr ~ 210) and high tunability (88%). These results suggest that the 5 mol% excess of Bi is the prior content to get better insulation, optimize ferroelectric as well as dielectric properties of BiFeO3 film, giving reference to modify electrical performances of ferroelectric materials through regulation of volatile element.

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
1.
Zurück zum Zitat C.L. Jia, K.W. Urban, M. Alexe, D. Hesse, I. Vrejoiu, Science 331, 1420–1423 (2011)CrossRef C.L. Jia, K.W. Urban, M. Alexe, D. Hesse, I. Vrejoiu, Science 331, 1420–1423 (2011)CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Z.J. Jiang, Y. Nahas, S. Prokhorenko, S. Prosandeev, D. Wang, J. Íñiguez, L. Bellaiche, Phys. Rev. B 97, 104110 (2018)CrossRef Z.J. Jiang, Y. Nahas, S. Prokhorenko, S. Prosandeev, D. Wang, J. Íñiguez, L. Bellaiche, Phys. Rev. B 97, 104110 (2018)CrossRef
3.
Zurück zum Zitat J. Wang, J.B. Neaton, H. Zheng, V. Nagarajan, S.B. Ogale, B. Liu, D. Viehland, V. Vaithyanathan, D.G. Schlom, U.V. Waghmare, N.A. Spaldin, K.M. Rabe, M. Wuttig, R. Ramesh, Science 299, 1719–1722 (2003)CrossRef J. Wang, J.B. Neaton, H. Zheng, V. Nagarajan, S.B. Ogale, B. Liu, D. Viehland, V. Vaithyanathan, D.G. Schlom, U.V. Waghmare, N.A. Spaldin, K.M. Rabe, M. Wuttig, R. Ramesh, Science 299, 1719–1722 (2003)CrossRef
4.
Zurück zum Zitat C. Kang, J.-H. Park, D. Shen, H. Ahn, M. Park, D.-J. Kim, J. Sol-Gel Sci. Technol. 58, 85–90 (2011)CrossRef C. Kang, J.-H. Park, D. Shen, H. Ahn, M. Park, D.-J. Kim, J. Sol-Gel Sci. Technol. 58, 85–90 (2011)CrossRef
5.
Zurück zum Zitat M. Cerneaa, L. Trupinaa, C. Dragoi, B.S. Vasile, R. Truscac, J. Alloy Compd. 515, 166–170 (2012)CrossRef M. Cerneaa, L. Trupinaa, C. Dragoi, B.S. Vasile, R. Truscac, J. Alloy Compd. 515, 166–170 (2012)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Z.H. Zhou, J.M. Xue, W.Z. Li, J. Wang, Appl. Phys. Lett. 85, 804 (2004)CrossRef Z.H. Zhou, J.M. Xue, W.Z. Li, J. Wang, Appl. Phys. Lett. 85, 804 (2004)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat M.M. Hejazi, E. Taghaddos, A. Safari, J. Mater. Sci. 48, 3511–3516 (2013)CrossRef M.M. Hejazi, E. Taghaddos, A. Safari, J. Mater. Sci. 48, 3511–3516 (2013)CrossRef
8.
Zurück zum Zitat M. Bousquet, J.-R. Duclère, B. Gautier, A. Boulle, A. Wu, S. Députier, D. Fasquelle, F. Rémondière, D. Albertini, C. Champeaux, P. Marchet, M. Guilloux-Viry, P. Vilarinho, J. Appl. Phys. 111, 104106 (2012)CrossRef M. Bousquet, J.-R. Duclère, B. Gautier, A. Boulle, A. Wu, S. Députier, D. Fasquelle, F. Rémondière, D. Albertini, C. Champeaux, P. Marchet, M. Guilloux-Viry, P. Vilarinho, J. Appl. Phys. 111, 104106 (2012)CrossRef
9.
Zurück zum Zitat B.L. Peng, Q. Zhang, X. Li, T.Y. Sun, H.Q. Fan, S.M. Ke, M. Ye, Y. Wang, W. Lu, H.B. Niu, J.F. Scott, X.R. Zeng, H.T. Huang, Adv. Electron Mater. 1, 1500052 (2015)CrossRef B.L. Peng, Q. Zhang, X. Li, T.Y. Sun, H.Q. Fan, S.M. Ke, M. Ye, Y. Wang, W. Lu, H.B. Niu, J.F. Scott, X.R. Zeng, H.T. Huang, Adv. Electron Mater. 1, 1500052 (2015)CrossRef
10.
Zurück zum Zitat J. Wang, J.B. Neaton, H. Zheng, V. Nagarajan, S.B. Ogale, B. Liu, D. Viehland, V. Vaithyanathan, 5 D.G. Schlom, U.V. Waghmare, N.A. Spaldin, K.M. Rabe, M. Wuttig, R. Ramesh, Science 299, 1719–1722 (2003)CrossRef J. Wang, J.B. Neaton, H. Zheng, V. Nagarajan, S.B. Ogale, B. Liu, D. Viehland, V. Vaithyanathan, 5 D.G. Schlom, U.V. Waghmare, N.A. Spaldin, K.M. Rabe, M. Wuttig, R. Ramesh, Science 299, 1719–1722 (2003)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat A.Q. Jiang, C. Wang, K.J. Jin, X.B. Liu, J.F. Scott, C.S. Hwang, T.A. Tang, H.B. Lu, G.Z. Yang, Adv. Mater. 23, 1277–1281 (2011)CrossRef A.Q. Jiang, C. Wang, K.J. Jin, X.B. Liu, J.F. Scott, C.S. Hwang, T.A. Tang, H.B. Lu, G.Z. Yang, Adv. Mater. 23, 1277–1281 (2011)CrossRef
12.
Zurück zum Zitat S. Murakami, T. Yoshimura, K. Satoh, K. Wakazono, K. Kariya, N. Fujimura, J. Phys. 476, 012007 (2013) S. Murakami, T. Yoshimura, K. Satoh, K. Wakazono, K. Kariya, N. Fujimura, J. Phys. 476, 012007 (2013)
13.
Zurück zum Zitat B. Sun, S.S. Mao, S.H. Zhu, G.D. Zhou, Y.D. Xia, Y. Zhao, ACS Appl. Nano Mater. 1, 1291–1299 (2018)CrossRef B. Sun, S.S. Mao, S.H. Zhu, G.D. Zhou, Y.D. Xia, Y. Zhao, ACS Appl. Nano Mater. 1, 1291–1299 (2018)CrossRef
14.
15.
Zurück zum Zitat H. Pan, Y. Zeng, Y. Shen, Y.-H. Lin, J. Ma, L.L. Lia, C.-W. Nan, J. Mater. Chem. A 5, 5920–5926 (2017)CrossRef H. Pan, Y. Zeng, Y. Shen, Y.-H. Lin, J. Ma, L.L. Lia, C.-W. Nan, J. Mater. Chem. A 5, 5920–5926 (2017)CrossRef
16.
Zurück zum Zitat T. Kawae, Y. Terauchi, H. Tsuda, M. Kumeda, A. Morimoto, Appl. Phys. Lett. 94, 112904 (2009)CrossRef T. Kawae, Y. Terauchi, H. Tsuda, M. Kumeda, A. Morimoto, Appl. Phys. Lett. 94, 112904 (2009)CrossRef
17.
Zurück zum Zitat Y. Ren, X.H. Zhu, C.Y. Zhang, J.L. Zhu, J.G. Zhu, D.Q. Xiao, Ceram. Int. 40, 2489–2493 (2014)CrossRef Y. Ren, X.H. Zhu, C.Y. Zhang, J.L. Zhu, J.G. Zhu, D.Q. Xiao, Ceram. Int. 40, 2489–2493 (2014)CrossRef
18.
Zurück zum Zitat G.D. Hu, X. Cheng, W.B. Wu, C.H. Yang, Appl. Phys. Lett. 91, 232909 (2007)CrossRef G.D. Hu, X. Cheng, W.B. Wu, C.H. Yang, Appl. Phys. Lett. 91, 232909 (2007)CrossRef
19.
Zurück zum Zitat Z.J. Chai, G.Q. Tan, Z.W. Yue, W. Yang, M.Y. Guo, H.J. Ren, A. Xia, M.T. Xue, Y. Liu, L. Lv, Y. Liu, J. Alloy Compd. 746, 677–687 (2018)CrossRef Z.J. Chai, G.Q. Tan, Z.W. Yue, W. Yang, M.Y. Guo, H.J. Ren, A. Xia, M.T. Xue, Y. Liu, L. Lv, Y. Liu, J. Alloy Compd. 746, 677–687 (2018)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Y.L. Zhang, W.L. Li, W.P. Cao, T.D. Zhang, T.R.G.L. Bai, Y. Yu, Y.F. Hou, Y. Feng, W.D. Fei, Ceram. Int. 42, 14788–14792 (2016)CrossRef Y.L. Zhang, W.L. Li, W.P. Cao, T.D. Zhang, T.R.G.L. Bai, Y. Yu, Y.F. Hou, Y. Feng, W.D. Fei, Ceram. Int. 42, 14788–14792 (2016)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat J. Yan, G.D. Hu, X.M. Chen, W.B. Wu, C.H. Yang, J. Appl. Phys. 104, 076103 (2008)CrossRef J. Yan, G.D. Hu, X.M. Chen, W.B. Wu, C.H. Yang, J. Appl. Phys. 104, 076103 (2008)CrossRef
22.
Zurück zum Zitat M.D. Chermahini, I. Safaee, M. Kazazi, M.M. Shahraki, Ceram. Int. 44, 14281–14285 (2018)CrossRef M.D. Chermahini, I. Safaee, M. Kazazi, M.M. Shahraki, Ceram. Int. 44, 14281–14285 (2018)CrossRef
23.
Zurück zum Zitat G.D. Hu, S.H. Fan, C.H. Yang, W.B. Wu, Appl. Phys. Lett. 92, 192905 (2008)CrossRef G.D. Hu, S.H. Fan, C.H. Yang, W.B. Wu, Appl. Phys. Lett. 92, 192905 (2008)CrossRef
24.
Zurück zum Zitat Y.Q. Guo, P. Xiao, R. Wen, Y. Wan, Q.J. Zheng, D.L. Shi, K.H. Lam, M.L. L, D.M. Lin, J. Mater. Chem. C 3, 5811–5824 (2015)CrossRef Y.Q. Guo, P. Xiao, R. Wen, Y. Wan, Q.J. Zheng, D.L. Shi, K.H. Lam, M.L. L, D.M. Lin, J. Mater. Chem. C 3, 5811–5824 (2015)CrossRef
25.
Zurück zum Zitat X.B. Xie, S.J. Yang, F.Q. Zhang, S.H. Fan, Q.D. Che, C.J. Wang, X.D. Guo, L.P. Zhang, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 26, 10095–10101 (2015) X.B. Xie, S.J. Yang, F.Q. Zhang, S.H. Fan, Q.D. Che, C.J. Wang, X.D. Guo, L.P. Zhang, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 26, 10095–10101 (2015)
26.
Zurück zum Zitat P. Du, F. Yang, X.M. Zang, C.C. Qiu, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 25, 5316–5321 (2014) P. Du, F. Yang, X.M. Zang, C.C. Qiu, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 25, 5316–5321 (2014)
27.
Zurück zum Zitat J.D. Yan, M. Gomi, T. Hattori, T. Yokota, H.H. Song, Thin Solid Films 542, 150–154 (2013)CrossRef J.D. Yan, M. Gomi, T. Hattori, T. Yokota, H.H. Song, Thin Solid Films 542, 150–154 (2013)CrossRef
28.
Zurück zum Zitat Y.B. Zi, X.L. Jiao, H.F. Wang, Q.Z. Liu, Z.Z. Yin, F.H. Zhang, Z. Huang, W.B. Wu, Chin. J. Phys. 31, 280–285 (2009) Y.B. Zi, X.L. Jiao, H.F. Wang, Q.Z. Liu, Z.Z. Yin, F.H. Zhang, Z. Huang, W.B. Wu, Chin. J. Phys. 31, 280–285 (2009)
29.
Zurück zum Zitat D. Li, W.C. Zheng, D.X. Zheng, J.L. Gong, L.Y. Wang, C. Jin, P. Li, H.L. Bai, ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 3977–3984 (2016)CrossRef D. Li, W.C. Zheng, D.X. Zheng, J.L. Gong, L.Y. Wang, C. Jin, P. Li, H.L. Bai, ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 3977–3984 (2016)CrossRef
30.
Zurück zum Zitat A.R. Makhdoom, M.J. Akhtar, M.A. Rafiq, M. Siddique, M. Iqbal, M.M. Hasan, AIP Adv. 4, 037113 (2014)CrossRef A.R. Makhdoom, M.J. Akhtar, M.A. Rafiq, M. Siddique, M. Iqbal, M.M. Hasan, AIP Adv. 4, 037113 (2014)CrossRef
31.
Zurück zum Zitat C.M. Raghavan, D. Do, J.W. Kim, W.J. Kim, S.S. Kim, J. Am. Ceram. Soc. 95, 1933–1938 (2012)CrossRef C.M. Raghavan, D. Do, J.W. Kim, W.J. Kim, S.S. Kim, J. Am. Ceram. Soc. 95, 1933–1938 (2012)CrossRef
32.
Zurück zum Zitat J.G. Wu, J. Wang, D.Q. Xiao, J.G. Zhu, J. Am. Ceram. Soc. 94, 4291–4298 (2011)CrossRef J.G. Wu, J. Wang, D.Q. Xiao, J.G. Zhu, J. Am. Ceram. Soc. 94, 4291–4298 (2011)CrossRef
33.
Zurück zum Zitat C.M. Raghavan, J.W. Kim, S.S. Kim, J. Am. Ceram. Soc. 97, 235–240 (2014)CrossRef C.M. Raghavan, J.W. Kim, S.S. Kim, J. Am. Ceram. Soc. 97, 235–240 (2014)CrossRef
34.
Zurück zum Zitat C.M. Raghavan, J.W. Kim, S.S. Kim, Ceram. Int. 40, 2281–2286 (2014)CrossRef C.M. Raghavan, J.W. Kim, S.S. Kim, Ceram. Int. 40, 2281–2286 (2014)CrossRef
35.
Zurück zum Zitat P. Padmini, T.R. Taylor, M.J. Lefevre, A.S. Nagra, R.A. York, J.S. Speck, Appl. Phys. Lett. 75, 3186 (1999)CrossRef P. Padmini, T.R. Taylor, M.J. Lefevre, A.S. Nagra, R.A. York, J.S. Speck, Appl. Phys. Lett. 75, 3186 (1999)CrossRef
Metadaten
Titel
Study on leakage current, ferroelectric and dielectric properties of BFMO thin films with different bismuth contents
verfasst von
L. X. Chen
C. Xu
X. L. Fan
X. H. Cao
K. Ji
C. H. Yang
Publikationsdatum
12.03.2019
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 8/2019
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-019-01086-6

Weitere Artikel der Ausgabe 8/2019

Journal of Materials Science: Materials in Electronics 8/2019 Zur Ausgabe

Neuer Inhalt