铁酸铋的漏电流机制
锰掺杂对铁酸铋结构和磁性的影响

第4 1卷 第 8期 2 0 1 3年 8月
J o u r n a l o f S o u t h Ch i n a Un i v e r s i t y o f Te c h no l og y
Vo 1 . 41 No . 8
要 原 因.
关键词 : 多重铁材料 ; R i e t v e l d 精修 ; 磁性 中图分类号: 0 7 6 d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 0 — 5 6 5 X . 2 0 1 3 . 0 8 . 0 2 3
多重 铁材 料是 指 同时具 有 ( 反) 铁 电性 、 ( 反) 铁
对其结构 和磁 性的影 响.X R D和拉 曼光谱 分析 表 明 Mn掺 杂使 B i F e O 的晶体 结构 和振 动
模 式发 生 了变化. R i e t v e l d精修 结果显 示 , 在掺杂量 X= 0 . 1附近 , B i F e O 的 晶体 结构从 菱方 R 3 c 相 转 变为正交 凡 m相 .对样 品的磁性测 量表 明,随 着 Mn 掺 杂量 的增 加 ,样品 的剩余
长链 上 引入 具 有 不 同磁 矩单 元 的 Mn离 子 , 导 致 螺
铁 材料 J . 室温下 B F O 的 晶体 结 构 为 A B O 型 扭 曲 的菱方 钙钛 矿结 构 , 空 间群为 R 3 c . 其铁 电性来 源 于
B i ¨的6 s 孤 对 电子 与 O 一 的2 电子 杂化 引起 的结 构 畸 变 . B F O的磁性 来源 于 F e “ 间 的 超 交 换 作 用, 其 磁结 构并 非简单 的反铁 磁构 型 , F e ¨ 的磁矩 沿
研究方向课报告

研究方向课报告多铁性材料铁酸铋(BFO)的磁性研究姓名:吴闯学号:B2015013导师:姜伟成绩:1、引言:随着工业和经济的发展,全球的环境问题变得越来越严峻[1]。
铁酸铋作为唯一的室温多铁材料,同时具有铁电性和G 型反铁磁性[2]。
由于铁酸铋在自旋电子器件和铁电存储方面的应用潜力,对铁酸铋材料的研究已经成为多铁材料研究中的一个重要方向[3]。
然而,由于其G型反铁磁结构导致了宏观上极其微弱的磁性,极大地限制了实际应用。
多铁性材料是目前受到人们广泛重视的新兴的功能材料之一,这种功能材料为发展基于铁电—磁性集成效应的新型信息存储处理以及磁电器件提供了巨大的潜在应用前景。
Bi Fe O3是当前唯一同时在室温以上表现出铁电性和反铁磁性的多铁性材料。
早在20 世纪50 年代时,Bi Fe O3这个材料就受到关注。
Bi Fe O3铁电、多铁性和磁电耦合特性、光学特性等物理,以及Bi Fe O3为基础而构造的多铁性异质结、多铁隧道结、以至于自组装纳米结构和超晶格等体系具有奇异的物理特性,都是人们研究的热点。
实验方面,人们在Bi Fe O3基铁磁电陶瓷、Bi Fe O3掺杂以及Bi Fe O3薄膜制备都有不俗的进展。
但是对于Bi Fe O3磁电耦合效应的理论研究相对较少,尤其是BiFeO3复合薄膜中的界面效应研究更是较少。
对于磁电耦合性质的研究有重要意义。
因此,研究多铁性材料Bi Fe O3等电子结构和磁性,弄清磁电效应产生的微观物理性质有重要的意义。
本人通过查阅大量关于铁酸铋(BFO)的相关文献及研究方法,设想基于从第一性原理出发,通过基于密度泛函原理的理论计算方法,通过替位参杂的方法来加强和改善BFO的磁性。
通过研究单元素参杂(Zn和Mn)和Zn、Mn双元素共参杂下BFO的结构、磁性、铁电性和介电性能,通过使用Material Studio和VASP对几种结构进行运算来试图找到提高BFO磁性的最佳方案。
2.BFO材料的研究进展2.1.1 BF0的晶体结构及性能多铁性是指同时具有两种或以上“铁性”特征(铁磁性、铁电性、铁弹性等)的材料[4]。
【国家自然科学基金】_铁酸铋_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140729

2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
科研热词 铁酸铋 集成薄膜 锆钛酸铅 铁酸铋薄膜 脉冲激光沉积 漏电流 溶胶-凝胶法 掺锰铁酸铋 铌酸钾钠 透明铁电电容器 薄膜 自组装单层膜 自组装单分子层 自组装 老化性能 紫外光 沉积温度 无铅压电陶瓷 图案化 压电性能 ots-sams
推荐指数 4 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
2011年 科研热词 推荐指数 铁酸铋 3 等离子体烧结 2 混杂工艺 2 多铁性 2 介电性能 2 铁磁性能 1 铁电性能 1 退火温度 1 表面活性剂 1 自组装 1 聚丙烯酰胺凝胶法 1 纳米颗粒 1 纯相bifeo3薄膜 1 磁滞回线 1 电滞回线 1 甲基橙 1 水热法 1 晶粒尺寸调控 1 掺杂 1 微波水热法 1 多铁材料铁酸铋 1 多铁性材料 1 吐温80 1 单相铁酸铋粉体 1 光催化性能 1 光催化 1 保温时间 1 低碱浓度 1 single-phase bifeo3 powders 1 low alkali concentratio 1 hydrothermal method 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42
科研热词 推荐指数 铁酸铋 5 铁电 4 铁磁 2 磁电耦合 2 介电 2 ho 2 cr共掺 2 镧掺杂 1 铁酸铋薄膜 1 铁酸铋磁纳米粒子 1 铁酸铋(bifeo3) 1 钴掺杂铁酸铋 1 金属有机分解法 1 过硫酸盐 1 过氧化氢 1 聚乙二醇(peg-4000) 1 磁性回收 1 磁性 1 磁分离 1 甲基橙 1 溶胶-凝胶法 1 污水处理 1 水热法 1 微波烧结 1 开路电压 1 多铁材料 1 多铁性 1 多重铁材料 1 四溴双酚a 1 可见光催化 1 变磁性 1 反铁磁相变 1 反铁磁 1 压电响应 1 光催化 1 催化降解 1 低价离子掺杂 1 亚甲基蓝 1 rietveld精修 1 bifeo3粉体 1 bi25feo40-g-c3n4复合催化剂 1 (012)取向 1
多铁性材料铁酸铋的探究及应用概论

BFO对有机物的降解
该文章是利用水热法制备出颗粒大小均匀的饼状BFO纳米颗粒,并在80mM H2O2和2g/L 的BFO的情况下对甲基橙有较好的降解作用
BFO用于染料敏化电池和光伏 电池
该文章是利用溶胶凝胶法制备的BFO旋涂在了Pt/Ti/SiO2/Si的基底上,产生了典型的光 伏效应。
THANK YOU
目
录
01 通过掺杂来改善BFO的铁电和铁磁性
目
录
01 通过掺杂来改善BFO的铁电和铁磁性 02 利用固相反应法制备BFO与铁电体或者铁磁体的固
溶体
目
录
01 通过掺杂来改善BFO的铁电和铁磁性 02 利用固相反应法制备BFO与铁电体或者铁磁体的固
溶体
03 利用磁控溅射法或PLD制备BFO薄膜
目
➢ 该 课 题 组 又 于 2006 年 <Advanced Materials>上发表了<Self Assembled
Growth of BiFeO3–CoFe2O4 Nanostructures> , 该 成 果 主 要 提 供 了一种可靠的模板来控制两相异质 结的生长和形貌。(被引量:1118)
04
BFO对有机物的降解
05 BFO用于染料敏化电池和光伏电池
通过掺杂来改善BFO的铁电和 铁磁性
该文章利用溶胶凝胶法制备了Ca,Nd共掺的BFO样品,Ca和Nd共掺改善了BFO的漏电 流和室温下的磁性。
通过掺杂来改善BFO的铁电和 铁磁性
该文章是我本科时针对掺杂引起BFO的结构变化,并由结构变化所引起的磁性变化进行 了一定的解释。
录
01 通过掺杂来改善BFO的铁电和铁磁性 02 利用固相反应法制备BFO与铁电体或者铁磁体的固
铁酸铋基半导体陶瓷材料的电阻率与热电性能的研究

铁酸铋基半导体陶瓷材料的电阻率与热电性能的研究赵琨2006级物理学基地班20061001179(山东大学物理学院,山东济南,250100)摘要:采用传统固相烧结法分别制备了纯铁酸铋、10%铋过量的铁酸铋半导体陶瓷材料和不同元素掺杂改性的铁酸铋基杂质半导体陶瓷材料,研究了不同的掺杂改性对铁酸铋基陶瓷材料在常温下的直流电阻的影响。
实验结果表明,少量钙的掺杂取代最大程度的减小了铁酸铋基陶瓷材料的直流电阻率。
同时可以看出,少量钙的掺杂并没有使晶格发生畸变,没有改变陶瓷的微观结构,并且对晶界势垒、电导激活能的影响较小,但是却可以使其直流电阻率大大减小,从而极大的改善了铁酸铋基陶瓷材料的热电性能。
为进一步探究其热电性能,选择(Bi0.96Ca0.04)FeO3陶瓷,研究了其物相结构、直流电阻率及热电参数随温度的变化规律,并获得了最佳的热电性能。
实验结果表明,(Bi0.96Ca0.04)FeO3陶瓷的Seebeck系数在一定的温度范围内变化很小,保持在530 μV K-1左右。
在510 ℃时,(Bi0.96Ca0.04)FeO3陶瓷的电阻率达到最小,同时功率因子达到最大值,为14.2 μW m-1K-2。
本论文中首次报道了铁酸铋基陶瓷材料的热电性能,其最佳适用温度为510 ℃,最佳的热电性能为功率因子达到14.2 μW m-1 K-2。
为进一步认识铁酸铋基陶瓷材料做出了一定的探索,填补了该领域研究的一项空白,可进一步研究扩大其应用领域,提高应用价值。
关键词:铁酸铋,半导体陶瓷,电阻率,热电性能中图分类号:O482.6Research on electrical resistivity and thermoelectric properties of bismuth ferric based semiconductiveceramic materialsZhao Kun(School of Physics, Shandong University, Jinan 250100, China) Abstract: Pure bismuth ferric, 10% excess of bismuth of the bismuth ferric semiconductor ceramic materials and different elements of the doped bismuth ferric based impurity semiconductor ceramic materials were prepared by the traditional solid-phase sintering. The effects on DC resistance at room temperature of different doping modification of the doped bismuth ferric based impurity semiconductor ceramic materials were studied. The Experimental results show that a small amount of calcium doping reduced the DC resistance at room temperature of different doping modification of the doped bismuth ferric based impurity semiconductor ceramic materials to the utmost extent. At the same time, we can see that a small amount of calcium doping does not cause the crystal lattice to have the distortion, no change in the ceramic micro-structure, and has no influence on the grain boundary barrier and the conductance activation energy, but it can substantially reduce the rateof DC resistance, which may greatly improve the thermoelectric properties of the doped bismuth ferric based impurity semiconductor ceramic materials. In order to further explore its thermoelectric properties, (Bi0.96Ca0.04)FeO3 ceramics was selected, the phase of their structure, the rule of change of resistivity and thermoelectric properties with the temperature were studied and the best thermal performance were obtained. The results show that, (Bi0.96Ca0.04)FeO3 ceramics has a Seebeck coefficient, whose change is very small of a certain range of temperature, remain at 530 μV K-1or so. At 510 ℃,the rate of resistance is the smallest, while the power factor achieves the maximum value at the same time, for 14.2 μW m-1. This paper reported in the thermoelectric properties of the bismuth ferric based semiconductor ceramic materials for the first time, the application of the best temperature is 510 ℃, the best performance of thermoelectric power factor reaches 14.2 μW m-1. This paper made a certain amount of exploration, which can be made to fill a gap in the study in this area, in order to further understand the bismuth ferric based semiconductor ceramic materials. Further study may be made in order to expand its applications and to enhance the value.Key words:bismuth ferric, semiconductive ceramics, electrical resistivity, thermoelectric properties1.引言1.1 热电材料热电材料也称为温差电材料,是一种能够实现热能和电能之间直接相互转换的功能材料。
铁酸铋_实验报告

一、实验目的1. 了解铁酸铋的制备方法;2. 掌握铁酸铋的物理、化学性质;3. 分析铁酸铋在制备过程中的影响因素。
二、实验原理铁酸铋(BiFeO3)是一种重要的钙钛矿型铁电材料,具有优异的介电、压电和磁电性能。
在制备过程中,通常采用固相反应法。
该法是将Bi2O3和Fe2O3按一定比例混合,在高温下进行反应,得到铁酸铋。
三、实验仪器与试剂1. 仪器:高温炉、电子天平、研钵、烧杯、坩埚、加热器、马弗炉、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等。
2. 试剂:Bi2O3、Fe2O3、乙醇、稀盐酸、无水乙醇等。
四、实验步骤1. 准备原料:称取一定量的Bi2O3和Fe2O3,按照一定比例混合均匀。
2. 研磨:将混合后的原料放入研钵中,加入少量无水乙醇,研磨至粉末状。
3. 混合:将研磨好的粉末放入烧杯中,加入适量的稀盐酸,搅拌溶解。
4. 过滤:将溶解后的溶液进行过滤,得到滤液。
5. 蒸发:将滤液放入烧杯中,加热蒸发至近干。
6. 干燥:将蒸发后的固体放入坩埚中,在高温炉中加热至120℃左右,干燥2小时。
7. 焙烧:将干燥后的固体放入马弗炉中,在600℃下焙烧2小时。
8. 取出:将焙烧后的固体取出,冷却至室温。
9. XRD分析:对制备的铁酸铋进行XRD分析,确定其物相组成。
10. SEM分析:对制备的铁酸铋进行SEM分析,观察其微观结构。
五、实验结果与分析1. XRD分析:通过XRD分析,发现制备的铁酸铋为单相铁酸铋,其晶格参数为a=0.879nm,b=0.879nm,c=1.053nm。
2. SEM分析:通过SEM分析,发现制备的铁酸铋为纳米颗粒状,颗粒尺寸约为100-200nm。
3. 影响因素分析:(1)原料配比:Bi2O3和Fe2O3的配比对铁酸铋的制备有较大影响。
当Bi2O3和Fe2O3的摩尔比为1:1时,制备的铁酸铋性能较好。
(2)研磨时间:研磨时间越长,原料的混合程度越高,有利于铁酸铋的制备。
铁酸铋光催化材料研究进展

铁酸铋光催化材料研究进展铁酸铋是唯一一种在室温下存在的单相多铁材料,因其具有较高的铁电居里温度、较大的剩余极化强度、较小的禁带宽度和多铁特性,受到国内外的广泛关注。
本文综述了铁酸铋制备方法及掺杂元素对铁酸铋性能的影响,提出了亟需解决的问题。
标签:铁酸铋;制备方法;掺杂;性能1 引言BiFeO3材料是现如今已发现的为数不多一种在室温以上表现出多铁性能(铁电性及反铁磁性)的材料,其在信息存储、光电感应、传感器和自旋电子学等领域有着极其重要的应用。
由于具有较高的理论剩余极化强度,展现出了其具有的潜在的铁电性能,有可能替代现在实际应用的铁电材料中部分含铅材料,如替代错钛酸铅,成为无铅铁电体的重要候选材料之一。
又由于具有弱反铁磁性能,能够与铁电性一起发生磁电耦合效应,进一步拓展了其潜在应用价值。
因此吸引着众多的科学家来研究如何合成BiFeO3材料及研究其多铁性能内在机制。
近年来,科学工作者已尝试通过各种途径改善材料的多铁性能,在改善其性能方面确实起到了良好的效果。
概括起来主要通过以下几种途径:第一途径,通过寻找合适的制备方法,降低制备过程中的烧结温度,改善制备工艺,通过这种途径在合成具有多铁性能的铁酸铋取得了良好效果;第二条途径,通过缩小BiFeO3材料颗粒尺寸,实现材料纳米化,来达到增强其多铁性能的目的,其主要是通过采用先进的制备工艺及方法,并改善工艺步骤来达到目的;第三条途径,通过摻杂改性,调节材料的多铁性能;第四条途径,制备BiFeO3薄膜材料;第五条途径,通过与其他铁电铁磁材料进行复合,形成固溶体或复合材料。
这种方法通过引入铁电体提供该种多铁性材料体系的内部电场,或者通过引入铁磁性物质提供该种多铁性材料体系的内部磁场,来增强BiFeO3基固溶体材料的多铁性能,增加其磁电耦合系数,获得更好的磁电亲合效果。
2 铁酸铋的结构和磁性研究1957年,铁酸铋被Roye等人首次合成。
1960年,俄国科学家首次对铁酸铋的结构进行了研究,并提出了铁酸铋的R3c结构。
【国家自然科学基金】_铁电电容器_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730

2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
科研热词 非晶ni-al 铁电薄膜 第一性原理 立方相 电滞回线 电子能带结构 漏电流 溶胶-凝胶 正交相 掺锰铁酸铋 光 p(vdf-trfe)
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
科研热词 推荐指数 溶胶-凝胶法 4 锆钛酸铅 3 集成薄膜 2 铁电电容器 2 磁控溅射法 2 漏电流 2 掺锰铁酸铋 2 pzt 2 锡酸盐 1 铁酸铋 1 铁电性能 1 钌酸锶 1 透明铁电电容器 1 退火工艺 1 脉冲激光沉积 1 电极 1 电学性能 1 玻璃基lsco/pzt/lsco电容器 1 快速退火 1 导电机制 1 外延薄膜 1 sol-gel法 1 pt/pzt/ito 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
2011年 科研热词 铁电电容器 pzt ni-al 非晶ti-al薄膜 阻挡层 铁电性质 过渡层 输运性质 脉冲激光沉积 聚偏氟乙烯 磁控溅射 漏电机制 溶胶-凝胶 沉积温度 极化翻转 含氟聚合物 光照 储能 介电 srruo3 pb过量 cu bst薄膜 bifeo3薄膜 bife0.95mn0.05o3薄膜 bife0.95mn0.05o3 推荐指数 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
镍掺杂铁酸铋薄膜的电磁性能研究_刘开通 (1)

传导机制服从修正的 Child 定律传导( J∝Eα,α > 1) 。随后斜率突然增大,说明深的俘获能级被填满,这个区
域被称为 Trap-Filled-Limited ( TFL) 区域。根据空间电荷限制传导的 Lampert 理论[18],过渡电压 Vc ( Ohmic
传导到 Child 定律传导) 和 VTFL( 修正的 Child 定律传导到 TFL 传导) 的表达式如下:
3 结果与讨论
3. 1 薄膜结构及表面形貌分析
图 1 为纯相和镍掺杂铁酸铋的 XRD 图谱。图中
最底层的是 ITO 衬底峰。纯相铁酸铋为扭曲的钙钛矿
结构,空间群为 R3c。纯相铁酸铋的( 104) 和( 110) 峰
明显分离,但在镍掺杂后,( 110) 峰强增强,( 104) 峰强
变弱,并且两峰的分离程度减弱,可见镍的掺杂,改变
图 3 样品的漏电流密度( J) 随电场( E) 的变化曲线图 ( a) 半对数; ( b) 全对数曲线 Fig. 3 J-E characteristics of BFO and BFNO films on ITO / glass substrates measured at RT
( a) semilogarithmic; ( b) logarithmic plots
第 42 卷 第 9 期 2013 年 9 月
人工晶体学报
JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS
Vol. 42 No. 9 September,2013
镍掺杂铁酸铋薄膜的电磁性能研究
刘开通1,2 ,李 锦1 ,王 磊2,3 ,简基康1 ,徐方龙2,3 ,孙言飞1
( 1. 新疆大学物理科学与技术学院,乌鲁木齐 830046; 2. 中国科学院新疆理化技术研究所新疆电子信息材料与器件重点实验室,乌鲁木齐 830011; 3. 中国科学院大学,北京 100049)
铁电材料的畴结构演化和物理特性的相场方法模拟

铁电材料的畴结构演化和物理特性的相场方法模拟在科技日新月异的现代社会,具有多场耦合特性的先进材料的发展,对于材料科学的促进作用越来越明显。
在铁电材料中,这些耦合特性包括电学-力学耦合(如压电效应和挠曲电效应)、电学-热学耦合(如热释电效应)、磁学-电学耦合、以及介电特性等等。
特别是具有应变调制特性的铁电薄膜、复合材料和多层膜结构,更是拥有广阔的发展前景。
而上述这些特性几乎都与铁电材料极化矢量的动力学行为有关,特别是极化矢量对于外部电场的响应。
计算材料学是材料研究中的一种重要工具,它是借助材料的微观结构特性来模拟计算其宏观物理性质的方法。
在本文中,将利用热力学计算方法以及相场方法来研究铁电材料的相关性质。
首先,研究铁酸铋铁电薄膜中的多畴翻转行为。
本文构建了适用于铁酸铋薄膜的相场模型,利用该模型模拟计算电场诱发的极化矢量翻转过程。
计算结果验证了多畴翻转路径选择所遵循的能量最小化机制,揭示了铁电多畴翻转模式。
结果表明,在菱形相薄膜的三种翻转路径中,71°路径是多畴翻转的首选路径。
并且电场的方向、取值和变化率都会对多畴演化过程、以及系统达到平衡状态时的畴结构造成影响。
其次,利用铁酸铋的相场模型,研究了铁电薄膜厚度对多畴翻转行为以及漏电流的影响。
通过分析不同厚度薄膜中各个路径的翻转速率,可以发现,71°翻转路径依然是首选,但翻转速率却因厚度而异。
通过计算不同厚度薄膜的电滞回线,可以得到薄膜的矫顽场与厚度的非线性关系。
结果表明,降低薄膜厚度,会增大诱发极化矢量翻转所需的外加电场,同时会降低多畴翻转效率,使薄膜完成多畴翻转的时间变长。
再次,利用热力学计算的方法,研究元素掺杂对钛酸钡物理性质的影响。
基于热力学理论和实验数据,本文构建了钙/锶掺杂钛酸钡固溶体的热力学势函数。
利用该势函数,计算得到了钙/锶掺杂钛酸钡固溶体的温度-成分相图,其中,钙掺杂固溶体的居里温度和四方相极化矢量都不会受到掺杂的影响,但四方相-正交相、正交相-菱形相转变温度会随掺杂量增大而降低。
BiFeO_3及Bi_2FeCrO_6的电子结构和光学特性

第37卷第6期 人 工 晶 体 学 报 Vol .37 No .6 2008年12月 JOURNAL OF SY NTHETI C CRYST ALS December,2008B i FeO 3及B i 2Fe CrO 6的电子结构和光学特性赵庆勋,温梦仙,王书彪,关 丽,刘保亭(河北大学物理科学与技术学院,保定071002)摘要:采用第一性原理方法计算了铁酸铋及掺铬铁酸铋的电子结构和光学特性等。
计算结果表明B iFe O 3及B i 2FeCr O 6是间接带隙材料,所得到的B iFeO 3和B i 2FeCr O 6的带隙E g =2.5e V 和E g =1.7eV,并讨论了Cr 的掺入对能态密度、复介电函数,光学特性参数和M ulliken 电荷分布的影响,所得结果对B iFe O 3材料掺杂改性的研究具有参考价值。
关键词:B iFeO 3;B i 2FeCr O 6;第一性原理;电子结构;光学性质中图分类号:O482文献标识码:A文章编号:10002985X (2008)0621390206Electron i c Structures and O pti ca l Properti es of B i FeO 3and B i 2FeCrO 6ZHAO Q ing 2xun,W EN M eng 2xian,WAN G Shu 2biao,G UAN L i,L I U B ao 2ting(College of Physics Science and Technol ogy ,Hebei University,Baoding 071002,China )(Received 30M ay 2008)Abstract:The electr onic structures and op tical p r operties of B iFe O 3and B i 2FeCr O 6have been calculated by using First 2p rinci p les theory .The results show that the band gap both of B iFe O 3and B i 2FeCr O 6is an indirect band gap,their indirect band gap is E g =2.5e V and E g =1.7e V res pectively .Further more,the density of states (DOS ),the comp lex dielectric constants,op tical constants and the Mulliken charge populati ons have been analyzed .This is hel pful t o further understand the dop ing of B iFe O 3inmultiferr oics materials .Key words:B iFe O 3;B i 2FeCr O 6;First 2p rinci p les;electr onic structure;op tical p r operties 收稿日期:2008205230 基金项目:973前期研究专项(No .2007CB616910);国家自然科学基金(No .50572021);河北省自然科学基金(No .E2008000620;08B010) 作者简介:赵庆勋(19642),男,河北省人,教授,博士。
掺杂铁酸铋薄膜的铁电性能与忆阻效应的研究

掺杂铁酸铋薄膜的铁电性能与忆阻效应的研究掺杂铁酸铋薄膜的铁电性能与忆阻效应的研究引言近年来,随着电子器件的不断发展,以及对存储器件的需求,忆阻效应作为新型的存储器件结构备受关注。
铁电材料因其特殊的电荷重排性质,被广泛应用于电子器件的研究中。
其中,铁酸铋材料由于其高铁电转变温度、优良的电子极化性能以及较高的光伏转换效率,成为了研究的热点。
本文旨在探究掺杂铁酸铋薄膜的铁电性能与忆阻效应的关系,并为相关器件的优化提供理论依据。
实验设计1. 基础理论:铁酸铋薄膜的生长机制、铁电性能和忆阻效应的基本理论;现有关于掺杂铁酸铋薄膜的研究进展。
2. 实验步骤:(1) 根据文献资料,制备具有不同掺杂元素的铁酸铋薄膜;(2) 利用X射线衍射仪对样品进行结构表征;(3) 使用扫描电子显微镜观察薄膜表面形貌;(4) 利用电荷积分仪测量薄膜的电滞回线;(5) 通过测量相应的电流-电压曲线,分析薄膜的忆阻性能。
实验结果与讨论1. 结构表征结果:通过X射线衍射仪对掺杂铁酸铋薄膜的结构进行分析发现,掺杂元素对其结晶度和相变温度均产生了明显影响。
特别是采用钙(Ca)和锶(Sr)掺杂的铁酸铋薄膜,显示出更高的铁电转变温度和更稳定的相变行为。
2. 表面形貌观察:通过扫描电子显微镜观察薄膜的表面形貌发现,掺杂元素的引入对薄膜表面的形貌影响较小,表面较为光滑,无明显的裂纹和缺陷。
3. 电滞回线分析:采用电荷积分仪对不同掺杂铁酸铋薄膜的电滞回线进行测量和分析。
结果显示,掺杂元素的引入明显改善了薄膜的铁电性能,提高了其极化的饱和电流密度。
4. 忆阻性能研究:通过测量电流-电压曲线,分析薄膜的忆阻性能。
研究发现,掺杂铁酸铋薄膜在外加电场作用下表现出明显的忆阻效应。
特别是钙(Ca)掺杂铁酸铋薄膜,在高电场时,展现出更高的忆阻比和更低的开启电压。
总结和展望通过对掺杂铁酸铋薄膜的铁电性能与忆阻效应的研究发现,掺杂元素的引入可以明显改善铁酸铋薄膜的铁电性能和忆阻特性。
掺杂对铁酸铋薄膜漏电流及铁电性的影响

掺杂对铁酸铋薄膜漏电流及铁电性的影响谢元涛;王凤起;张弋泽;蔡苇【期刊名称】《表面技术》【年(卷),期】2018(47)1【摘要】铁酸铋是目前最为重要的室温单相多铁性材料,其禁带宽度较小,具有较大的剩余极化强度与较高的铁电居里温度,在铁电随机存储器、光电器件等领域有着极佳的应用前景。
但铁酸铋薄膜因Bi3+挥发和Fe3+的部分还原,易产生较大漏电流而制约了其实际应用。
对铁酸铋薄膜进行掺杂,是改善其电性能的一种有效手段。
围绕如何通过铁酸铋薄膜A位和B位掺杂来减少Bi3+挥发和抑制Fe3+还原,从引入掺杂离子后发生的缺陷反应和微结构变化等方面,对国内外近年来关于铁酸铋薄膜电性能掺杂改性的系列工作进行综述。
阐述了A位镧系和碱土金属离子、B位过渡金属离子、A/B位离子共掺对铁酸铋薄膜微结构、漏电流及铁电性等方面的改性研究进展。
对改性效果进行了比较,并从缺陷反应、薄膜晶体结构和表面形貌等方面对改性机理进行了详细介绍。
此外,还提出了亟待解决的问题。
【总页数】6页(P33-38)【关键词】铁酸铋;掺杂;漏电流;铁电性【作者】谢元涛;王凤起;张弋泽;蔡苇【作者单位】重庆科技学院冶金与材料工程学院【正文语种】中文【中图分类】O484.4【相关文献】1.热解温度对镧、锰共掺杂铁酸铋薄膜铁电性能的影响 [J], 成传品;蒋波;唐明华;杨松波;肖永光;王国阳;周益春2.Mn掺杂对铁酸铋薄膜漏电流和铁电性能的影响 [J], 罗劲明3.热解温度对镧、锰共掺杂铁酸铋薄膜铁电性能的影响(英文) [J], 成传品;蒋波;唐明华;杨松波;肖永光;王国阳;周益春4.稀土元素钬掺杂铁酸铋基纳米薄膜铁电性及疲劳性能的增强 [J], 李宁5.铁电薄膜钛酸铋掺杂改善铁电性及疲劳特性的研究 [J], 左伟华;王华因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
铁酸铋单晶体首次被集成到硅片

挥, 它不仅能够带来经 济效 益, 还 可应用于科学研究 和 教育领 域 。 ” 迷箱轨道公司采取 了独特的球形设计 , 从而避免 直升机叶片与墙壁 、 天花板等物体发生意外碰撞 。该 公司指 出, 尽管通常情况下远程遥控直升机都被认 为 容易毁坏 , 但他们对最新建造直升机的质量和弹性十 分满意。
耳机状装置监控脑电波 , 并保持某种符合要求 的状态 向直升机发送操作指令 , 例如 使用者处 于放松状 态 下 。在过去两年 里该公 司制造 了适用于教室和 电视 节 目的大脑 控制 直升机 , 目前在 K i c k s t a r t e r网站 以 1 9 0英镑的价格进行销售 。 该公司创始人说 : “ 目前我们正在制造和 出售这 种奇特的新型玩具 , 当我们完成这款玩具销售 , 还将 发布参考指南和操作软件 , 用于改装制造或者客户化
科技 前 沿
T E C H N0 L 0 G Y A N D M L A RK E T
铁 酸 铋 单 晶体 首 次 被 集成 到硅 片
美 国北 卡罗 来 纳 州 立 大 学 的研 究 人 员 首 次 将 一 种被称为铁酸铋 ( B F O ) 的材料作 为一个单 晶体集成 到一个硅片上 , 向制造新一代多功能智能设备迈出了 关 键一 步 。 铁 酸铋 具有铁 磁性 和铁 电性双 重性 能 , 这 意 味着 它 能够 被通 过 其 中的 电 流 磁 化 。铁 酸 铋 的 潜 在应 用 领域包括新磁性存储设备 、 智能传感器和 自旋电子学 技术等。 将铁酸铋作为一个单晶体集成在硅基板上 , 通过 控制从铁酸铋中泄漏到硅基上 的电荷数量 , 可以使其 发挥更 大效 率 。研究 人员 发现 , 集 成在 硅基 上 的铁 酸
重要。
希 腊 研 发 出新 型 动 态 心 电图仪
紫光对多晶掺锰铁酸铋薄膜铁电和电输运性质的影响

紫光对多晶掺锰铁酸铋薄膜铁电和电输运性质的影响杜明辉;姜庆华;彭增伟;刘保亭【摘要】采用溶胶-凝胶的方法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(001)基片上制备了5%Mn 掺杂的BiFeO3(BFMO)薄膜,并构建了Pt/BFMO/Pt对称型电容器,研究了紫光对多晶BFMO薄膜铁电性及J-V特性的影响.实验发现,在紫光的照射下,薄膜的电导增大,这是由于紫光入射在BFMO薄膜上,产生了光生我流子.当外加电压为5V时,漏电流密度由9.1mA/cm2增大到16.3mA/cm2.Pt和BFMO的接触满足金属-半导体理论中的欧姆接触,并且光的存在并没有改变Pt/BFMO/Pt电容器的漏电流机制.当光入射到薄膜表面,样品的剩余极化强度增大,由无光时的91.7μC/cm2增大到光照时的99.9μC/cm2.%5% Mn-doped BiFeO3(BFMO) film had been deposited on Pt(111)/Ti/ SiO2/Si(001) substrate by sol-gel method,and a capacitor with a structure of Pt/BFMO/Pt was constructed. Effect of purple light on ferroelectric and J-V properties were surveyed. Conductance of BFMO film increases when illuminated with purple light, which is accounted for the existence of photo-induced carries due to illumination. The leakage current density alters from 9. 1mA/cm2 to 16. 3 mA/cm2 at 5V. Analysis of dark current density suggests that Ohmic conduction behavior is the dominated leakage mechanism and illumination do not change the conductive mechanism. Additionally, hysteresis loop changed under illumination of purple light, and illumination enhances the remanent polarization of BFMO film, from 91. 7μC/cm2 in dark to 99. 9μC/cm2 in light.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2012(043)012【总页数】4页(P1545-1547,1552)【关键词】掺锰铁酸铋;光;漏电流;电滞回线【作者】杜明辉;姜庆华;彭增伟;刘保亭【作者单位】石家庄铁道大学数理系,河北石家庄050043;唐山工业职业技术学院机械工程系,河北唐山063020;河北大学物理科学与技术学院,河北保定071002;河北大学物理科学与技术学院,河北保定071002【正文语种】中文【中图分类】O484.4;O484.3钙钛矿氧化物铁酸铋[BiFeO3(BFO)],作为一种典型的单相多铁材料,具有较高的铁电居里温度(1103K)和反铁磁奈尔温度(643K)[1],引起了人们广泛的兴趣。
铁酸铋微波吸收性能的研究进展

铁酸铋微波吸收性能的研究进展张晓峰;黄凯云;韩凯明;杨会静【摘要】铁酸铋(BiFeO3)在室温下同时具备铁电性和反铁磁性两种有序结构,可作为微波吸收材料,但块体材料本身微波吸收性能达不到10 dB的要求,所以需要采取掺杂、复合等手段调控其电磁参数匹配程度以提高其微波吸收性能.本文综述了掺杂、复合手段调控铁酸铋(BiFeO3)性能的研究成果,分析了性能增强机制,指出了进一步改善铁酸铋微波吸收性能的可能途径.【期刊名称】《唐山师范学院学报》【年(卷),期】2018(040)006【总页数】6页(P54-59)【关键词】铁酸铋;吸波材料;电磁特性【作者】张晓峰;黄凯云;韩凯明;杨会静【作者单位】唐山师范学院物理系,河北唐山 063000;唐山师范学院物理系,河北唐山 063000;唐山师范学院物理系,河北唐山 063000;唐山师范学院物理系,河北唐山063000【正文语种】中文【中图分类】O441.6吸波材料在雷达隐身技术、电磁信息泄漏防护、微波通讯、微波暗室、建筑吸波材料、电磁辐射防护等技术领域被广泛使用。
然而,传统的吸波材料存在着吸收频带窄、强度弱及密度大等缺点,无法满足雷达隐身技术高速发展的需求。
近年来,具备铁电性和反铁磁性两种有序结构的新型吸波材料铁酸铋逐渐走进人们的视野[1-4]。
本文系统地总结了铁酸铋作为微波吸收材料的研究现状及其吸波性能。
吸波材料指的是能够吸收投射到它表面的电磁波,并通过吸波材料的介质损耗电磁波的能量,使它转化为其他形式的能量。
吸波材料一般由基体材料(或粘接剂)与吸收介质(吸收剂)复合而成[5]。
一种良好的吸波材料必须具备两个基本条件:其一,考虑电磁匹配特性,当电磁波入射到吸波材料表面时,吸波材料吸收电磁波能量,减少电磁波的反射;其二,考虑吸波材料的衰减特性,即要求电磁波一进入材料内部就要设法吸收和减少电磁波能量[6]。
吸波材料的吸波性能常常用宏观的电磁理论研究分析,在工程上也通常使用材料的宏观的介电常数与磁导率评价吸波材料的反射和传输特性。
铁酸铋忆阻器

铁酸铋忆阻器是一种特殊的电子器件,它具有忆阻器的非线性电阻特性,同时利用了铁酸铋这种铁电材料的特殊性质。
铁酸铋是一种具有钙钛矿结构的铁电材料,它具有较高的介电常数和铁电序参数,可以在电场的作用下进行极化,并呈现出多种铁电和铁磁特性。
在铁酸铋忆阻器中,可以利用这些特性来实现对信息的存储和读取。
铁酸铋忆阻器通常由上下两个电极和中间的铁酸铋材料组成。
在忆阻器中,信息的存储是通过在铁酸铋材料中引入和删除导电通道来实现的,这些导电通道被称为“隧穿结”或“肖特基结”。
当导电通道存在时,忆阻器呈现出低电阻状态,而当导电通道被删除时,忆阻器呈现出高电阻状态。
这样,就可以通过控制导电通道的引入和删除来实现信息的存储。
同时,铁酸铋忆阻器还具有忆阻器的非线性电阻特性,即忆阻器的电阻值可以在不同的状态下进行调节,并且每个状态都可以被保持下来。
这样,就可以利用忆阻器的非线性电阻特性来实现对信号的处理和传输。
铁酸铋忆阻器的制备方法包括在柔性云母衬底上生长双缓冲层并设计金属(SrRuO3)、半导体(ZnO)不对称电极结构,然后将制备好的薄膜进行旋涂处理,最后制备好上电极即可。
这种方法可以获得高质量的全无机柔性铁电隧道
结,具有良好的忆阻特性,可以模拟生物突触中的脉冲时序依赖可塑性、长时程增强/抑制可塑性功能。
同时,基于高线性、高稳定的塑性电导调控,可以构建全连接人工神经网络并实现高准确率图像识别。
总之,铁酸铋忆阻器是一种具有重要应用前景的电子器件,它可以被广泛应用于信息存储、信号处理、神经网络等领域。
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Leakage mechanisms in BiFeO3 thin filmsGary W. Pabst, Lane W. Martin, Ying-Hao Chu, and R. RameshCitation: Appl. Phys. Lett. 90, 072902 (2007); doi: 10.1063/1.2535663View online: /10.1063/1.2535663View Table of Contents: /resource/1/APPLAB/v90/i7Published by the American Institute of Physics.Related ArticlesLarge photoinduced conductivity reduction in thin films of metallic ferromagnetic manganitesAppl. Phys. Lett. 99, 222507 (2011)Temperature-dependent leakage current behavior of epitaxial Bi0.5Na0.5TiO3-based thin films made by pulsed laser depositionJ. Appl. Phys. 110, 103710 (2011)Probing the metal-insulator transition of NdNiO3 by electrostatic dopingAppl. Phys. Lett. 99, 192107 (2011)Evidence of interface conversion and electrical characteristics improvement of ultra-thin HfTiO films upon rapid thermal annealingAppl. Phys. Lett. 99, 182904 (2011)Examination of insulator regime conduction mechanisms in epitaxial and polycrystalline SmNiO3 thin filmsJ. Appl. Phys. 110, 094102 (2011)Additional information on Appl. Phys. Lett.Journal Homepage: /Journal Information: /about/about_the_journalTop downloads: /features/most_downloadedInformation for Authors: /authorsLeakage mechanisms in BiFeO 3thin filmsGary W.Pabst,Lane W.Martin,a ͒Ying-Hao Chu,and R.RameshDepartment of Materials Science and Engineering,University of California,Berkeley,Berkeley,California 94720and Lawrence Berkeley National Laboratory,Berkeley,California 94720͑Received 18December 2006;accepted 13January 2007;published online 13February 2007͒The authors report results of transport studies on high quality,fully epitaxial BiFeO 3thin films grown via pulsed laser deposition on SrRuO 3/DyScO 3͑110͒substrates.Ferroelectric tests were conducted using symmetric and asymmetric device structures with either SrRuO 3or Pt top electrodes and SrRuO 3bottom parison between these structures demonstrates the influence of electrode selection on the dominant transport mechanism.Analysis of film electrical response suggests Poole-Frenkel emission as the limiting leakage current mechanism in the symmetric structure.Temperature dependent measurements yield trap ionization energies of ϳ0.65–0.8eV.No clear dominant leakage mechanism was observed for the asymmetric structure.©2007American Institute of Physics .͓DOI:10.1063/1.2535663͔With an ever-expanding demand for data storage,trans-ducers,and microelectromechanical systems applications,materials with superior ferroelectric and piezoelectric re-sponses are of great interest.The Pb ͑Zr,Tr ͒O 3͑PZT ͒family of materials has served as the cornerstone of these devices to date.A critical drawback of this material,however,is its toxicity due to the lead content.Recently,lead-free ferroelec-tric BiFeO 3͑BFO ͒has attracted a great deal of attention because of its superior properties in both epitaxial and polycrystalline thin films.1–4Its remnant polarization P r and out-of-plane converse piezoelectric coefficient d 33are com-parable to those of the tetragonal,Ti-rich PZT system.More-over,due to a high Curie temperature ͑T C =820–850°C ͒,5,6it also shows great promise for use in high temperature ap-plications.Additionally,previous studies have successfully integrated BFO films on Si substrates by using a SrTiO 3͑STO ͒template layer and SrRuO 3͑SRO ͒bottom electrode.7,8These films exhibited large coercive fields and a large leak-age current,which might limit the applicability of BFO in devices.Such drawbacks have prompted a number of studies attempting to reduce the leakage in BFO through the use of chemical dopants.9–12In fact,Fujitsu Microelectronics America,Inc.recently announced the production of 65nm ferroelectric random access memory devices using Mn-doped BFO to reduce the leakage current.13In this letter we focus our attention on the mechanisms that lead to the large leakage current in high quality BFO thin films.This will,in turn,help guide future work to integrate BFO into functional microelectronic devices.Thin film heterostructures of BFO ͑ϳ175nm ͒and SRO ͑ϳ50nm ͒were grown on DyScO 3͑DSO ͒͑110͒single crys-tal substrates via pulsed laser deposition at 700°C and 100mTorr partial pressure of oxygen.X-ray diffraction ͑Panalytical X’Pert MRD Pro ͒shows that BFO films grown on DSO substrates are single phase and exhibit very narrow rocking curves for the 002-pseudocubic diffraction peak of BFO ͑full width at half maximum ͒of 0.055°pointing to the extremely high quality and epitaxial nature of these films.Additionally,at these thicknesses,the BFO films appear torelax to a derivative of the bulk rhombohedral structure 14as confirmed by a scan of the rhombohedrally nondegenerate 210R reflection in BFO.15,16Note that we do not rule out an additional slight monoclinic distortion to the lattice.Through careful control of the growth of the underlying SRO bottom electrode layer,we can engineer the structural domain con-figuration of the SRO and thereby affect control over the BFO domain structure.17The samples measured here exhibit multivariant domain structures in the BFO films as imaged via piezoforce microscopy ͑not shown here ͒.Top SRO elec-trodes ͑32m diameter ͒were deposited ex situ at room tem-perature and then annealed in oxygen at 600°C for 30min to facilitate crystallization.Finally,approximately 150nm of platinum was sputtered onto the SRO top electrodes to facili-tate a low resistance contact.Ferroelectric and leakage mea-surements were carried out using a Radiant Technologies Inc.RT6000S ferroelectric test system.The ferroelectric nature of these films is demonstrated in Figs.1͑a ͒–1͑d ͒.The polarization–electric field ͑P -E ͒hyster-esis loops are sharp and square and yield a 2P r value of 120–130C/cm 2.Such values are consistent with previ-a ͒Author to whom correspondence should be addressed;electronic mail:lwmartin@FIG.1.͑Color online ͒Ferroelectric data demonstrating intrinsic ferroelec-tricity and sharp hysteresis.Included are ͑a ͒a voltage series,͑b ͒a frequency series of P -V loops,and PUND measurements for ͑c ͒varying voltage at 1s and ͑d ͒varying pulse width for given voltages.APPLIED PHYSICS LETTERS 90,072902͑2007͒0003-6951/2007/90͑7͒/072902/3/$23.00©2007American Institute of Physics90,072902-1ously measured values for BFO grown on STO and STO/Si substrates.1,7,8,15The saturation of the hysteresis loops as a function of voltage͓Fig.1͑a͔͒is key evidence of intrinsic ferroelectricity in thefilms.The weak frequency dependence of the loops͓Fig.1͑b͔͒also supports this claim.To more closely investigate the ferroelectric properties,pulsed polar-ization positive up negative down͑PUND͒measurements were made with a varyingfield at a pulse width of1s͓Fig. 1͑c͔͒and with a varying pulse width atfixed voltages͓Fig. 1͑d͔͒.The switched polarization values͑⌬P͒of these mea-surements match well with the2P r values obtained from the P-E loops.Note also the weak pulse width dependence of Fig.1͑d͒once saturation is reached,yet another indication of robust intrinsic ferroelectricity.The literature on possible leakage current limiting mechanisms for BFO and other similar ferroelectric perov-skite oxides discusses a large number of possible mecha-nisms.These mechanisms fall into two categories,bulk-limited and interface-limited conduction.Of all the possible mechanisms,we consider three in this letter that are com-monly observed in other perovskite oxides.Thefirst mecha-nism is interface-limited Schottky emission,which arises from a difference in Fermi levels between a metal͑electrode͒and an insulator or semiconductor͑film͒.The energy differ-ence creates a potential barrier between the metal and insu-lator that charges must overcome.The current density across a Schottky barrier is18J S=AT2exp−ͫ⌽k B T−1k B T ͩq3V4o Kdͪ1/2ͬ,͑1͒where A is the Richardson constant,⌽is the height of the Schottky barrier,K is the dielectric constant of thefilm,and d is the sample thickness.The second mechanism considered is bulk-limited space-charge-limited conduction͑SCLC͒. The limitation arises from a current impeding space charge forming as charges are injected into thefilm from the elec-trode at a rate faster than they can travel through thefilm. The current density for SCLC is19,20J SCLC=9o K8V2d3,͑2͒whereis carrier mobility.The third mechanism is bulk-limited Poole-Frenkel emission.This conduction mechanism involves the consecutive hopping of charges between defect trap centers.The ionization of the trap charges can be both thermally andfield activated.The conductivity for Poole-Frenkel emission is21PF=c exp−ͫE I k B T−1k B T ͩq3Vo Kdͪ1/2ͬ,͑3͒where c is a constant and E I is the trap ionization energy.Typical leakage data͑I-V͒as a function of applied volt-age for a175nm thickfilm are shown in Fig.2͑a͒.Data for both positive and negative biases have been graphed on the same axis.By plotting our data in various manners as a func-tion of voltage,we can quickly gain insight into the nature of the leakage mechanism.According to Eq.͑2͒above,SCLC can be investigated by plotting the leakage data as J vs V2,as shown in Fig.2͑b͒.If SCLC were the dominant leakage mechanism,a straightfit to the data in Fig.2͑b͒would be possible.Since it shows an exponential trend,SCLC can be ruled out as the leakage current limiting mechanism for these BFO thinfilms for the voltage range measured.Similar analysis of Eqs.͑1͒and͑3͒tells us that if a Schottky barrier controls the leakage current or if Poole-Frenkel emissions are dominant,semilog plots of J/T2vs V1/2andvs V1/2,respectively,will show straight linefits to the data.Both these plots,however,will often show regions with straightfits to the data,as shown in Figs.2͑c͒and2͑d͒. To identify which mechanism might be dominating the leak-age current,it is necessary to extract the dielectric constant from the slopes of these plots.Iakovlev et al.report the index of refraction for BFO to be n=2.5;22thus we should expect a dielectric constant of K=n2=6.25.From the Schottky plot͓Fig.2͑c͔͒,a dielectric constant ofϳ0.77is obtained for a negative bias as well as forfields aboveϳ2V for a positive bias.The Poole-Frenkel plot ͓Fig.2͑d͔͒on the other hand yields a dielectric constant of ϳ6.25for a negative bias and a positive bias aboveϳ2V.Since this is the expected value of the dielectric constant and the value obtained from the Schottky plot is off by an order of magnitude,it is indicative of the leakage mechanism in these BFOfilms being dominated by Poole-Frenkel emis-sions.This is not unexpected as Poole-Frenkel emission has been identified as the dominant leakage mechanism in other ferroelectric perovskites such as PZT.23,24In the case of BFO,the likely trap center is the Fe ions.It is widely ac-cepted that oxygen vacancies formed during growth cause a portion of the Fe3+ions to become Fe2+.These Fe ions are often considered to be responsible for the high leakage of BFO.To determine the value of the Poole-Frenkel trap ioniza-tion energy we measured leakage as a function of tempera-ture.Plots ofvs1000/T forfixed voltages are shown in Fig.3͑a͒.From these slopes,ionization energies are ex-tracted and used to extrapolate the zero-field ionization en-ergy͓Fig.3͑b͔͒.The low voltages not conforming to the trend are not unexpected as we do not observe Poole-Frenkel dominating in positive bias at lowfields.Fitting with the higherfield data points yields a trap ionization energy of ϳ0.8eV.It should be noted,however,that multiplemea-FIG.2.͑Color online͒Typical I-V characteristics of the Pt/SRO/BFO/SRO/ DSO thinfilm structures.͑a͒Typical leakage data.Variousfits of these data are shown to help determine the leakage mechanism:͑b͒SCLC,͑c͒Schottky barrier,or͑d͒Poole-Frenkel emission.surements yielded a range of about 0.65–0.8eV for the trap ionization energy.In contrast,analysis of data taken with Pt top electrodes ͑Pt/BFO/SRO//DSO ͒yielded inclusive results.Figure 4shows data for Pt analogous to that of Fig.2for the Pt/SRO top electrodes.First,notice that there is a considerable asym-metry between I -V behavior for positive and negative biases ͓Fig.4͑a ͔͒,consistent with the fact that the top ͑Pt ͒and bot-tom ͑SRO ͒electrodes have different work functions and electron affinities.Both polarities were prepoled and the re-sponse was repeatable.At this time the origin of this behav-ior is unknown.The SCLC,Schottky,and Poole-Frenkel plots all show regions with reasonable fits ͓Figs.4͑b ͒and 4͑c ͔͒.The SCLC plot shows a linear fit above ϳ2.5V for increasing negative bias ͓Fig.4͑b ͔͒.This same region,how-ever,also shows a near perfect match for Schottky emission ͓Fig.4͑c ͔͒.The higher voltage regions of both positive and the decreasing negative biases show linear fits for the Poole-Frenkel mechanism as well ͓Fig.4͑c ͔͒.The best Poole-Frenkel fit yields a dielectric constant of 5.5,which is slightly lower than the expected 6.25but not unreasonable.These data indicate that using Pt alone as a top electrode to contact BFO films creates a capacitor with competing leak-age mechanisms.In summary,we have shown the leakage mechanism of BFO with symmetric SRO electrodes on DSO substrates to be dominated by Poole-Frenkel emission.A measured trap ionization energy of 0.65–0.8eV may correspond to the ion-ization of Fe 2+ions.We have also shown that there is no clear dominant mechanism when Pt is used as the top elec-trode.Careful studies and attention must be given to choose a contact with the appropriate material properties to alleviate this effect.This work is supported by the Director,Office of Basic Energy Sciences,Materials Sciences Division of the U.S.Department of Energy under Contract No.DE-AC02-05CH11231and ONR-MURI Grant No.E21-6RU-G4.1J.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,and R.Ramesh,Science 299,1719͑2003͒.2W.Eerenstein,F.D.Morrison,J.Dho,M.G.Blamire,J.F.Scott,and N.D.Mathur,Science 307,1203͑2005͒.3J.Wang,A.Scholl,H.Zheng,S.B.Ogale,D.Viehland,D.G.Schlom,N.A.Spaldin,K.M.Rabe,M.Wuttig,L.Mohaddes,J.Neaton,U.Waghmare,T.Zhao,and R.Ramesh,Science 307,5713͑2005͒.4K.Y .Yun,M.Noda,and M.Okuyama,Appl.Phys.Lett.83,3981͑2003͒.5Y .N.Venevtsev,G.Zhadanov,and S.Solov’ev,Sov.Phys.Crystallogr.4,538͑1960͒.6G.Smolenskii,V .Isupov,A.Agranovskaya,and N.Kranik,Sov.Phys.Solid State 2,2651͑1961͒.7J.Wang,H.Zheng,Z.Ma,S.Prasertchoung,M.Wuttig,R.Droopad,J.Yu,K.Eisenbeiser,and R.Ramesh,Appl.Phys.Lett.85,2574͑2004͒.8S.Y .Yang,F.Zavaliche,L.Mohaddes-Ardabili,V .Vaithyanathan,D.G.Schlom,Y .J.Lee,Y .H.Chu,M.P.Cruz,Q.Zhan,T.Zhao,and R.Ramesh,Appl.Phys.Lett.87,102903͑2005͒.9C.Wang,M.Takahashi,H.Fujino,X.Zhao,E.Kume,T.Horiuchi,and S.Sakai,J.Appl.Phys.99,054104͑2006͒.10C.-F.Chung,J.-P.Lin,and J.-M.Wu,Appl.Phys.Lett.88,242909͑2006͒.11G.L.Yuan and S.W.Or,Appl.Phys.Lett.88,062905͑2006͒.12X.Qi,J.Dho,R.Tomov,M.G.Blamire,and J.L.MacManus-Driscoll,Appl.Phys.Lett.86,062903͑2005͒.13Fujitsu Microelectronics America,Inc.,Sunnyvale,CA,Press Release,2August 2006͑/ca/en/news/pr/fma_20060802.html ͒.14F.Kubel and H.Schmid,Acta Crystallogr.,Sect.B:Struct.Sci.46,698͑1990͒.15R.R.Das,D.H.Kim,S.H.Baek,C.B.Eom,F.Zavaliche,S.Y .Yang,R.Ramesh,Y .B.Chen,X.Q.Pan,X.Ke,M.S.Rzchowski,and S.K.Streiffer,Appl.Phys.Lett.88,242904͑2006͒.16G.Xu,H.Hiraka,G.Shirane,J.Li,J.Wang,and D.Viehland,Appl.Phys.Lett.86,182905͑2005͒.17Y .-H.Chu,Q.Zhan,L.W.Martin,M.P.Cruz,P.-L.Yang,G.W.Pabst,F.Zavaliche,S.-Y .Yang,J.-X.Zhang,L.-Q.Chen,D.G.Schlom,I.-N.Lin,T.-B.Wu,and R.Ramesh,Adv.Mater.͑Weinheim,Ger.͒18,2307͑2006͒.18W.Schottky,Naturwiss.26,843͑1938͒.19N.F.Mott and R.W.Gurney,Electronic Processes in Ionic Crystals ͑Clarendon,Oxford,1940͒.20mpert and P.Mark,Current Injection in Solids ͑Academic,New York,1970͒.21J.Frenkel,SR 5,685͑1938͒.22S.Iakovlev,C.-H.Solterbeck,M.Kuhnke,and M.Es-Souni,J.Appl.Phys.97,094901͑2005͒.23B.Nagaraj,S.Aggarwal,T.K.Song,T.Sawhney,and R.Ramesh,Phys.Rev.B 59,16022͑1999͒.24P.Zubko,D.J.Jung,and J.F.Scott,J.Appl.Phys.100,114113͑2006͒.FIG.3.͑Color online ͒͑a ͒Temperature dependence of conductivity with linear fits ͑red lines ͒used to extract trap ionization energies.͑b ͒Plot of trap ionization energies from ͑a ͒in order to extrapolate the zero-field trap ion-izationenergy.FIG.4.͑Color online ͒Typical I -V characteristics of the Pt/BFO/SRO/DSO thin film structures.͑a ͒Typical leakage data.Various manipulations of these data are shown to help determine the leakage mechanism:͑b ͒SCLC,͑c ͒Schottky barrier,or ͑d ͒Poole-Frenkel emission.。