Везде

ОХНМНеорганические материалы Inorganic Materials

  • ISSN (Print) 0002-337X
  • ISSN (Online) 3034-5588

Токи утечки в композитной пленке BiFeO3/ZnO на сапфире

Вы можете
Код статьи
S30345588S0002337X25030041-1
DOI
10.7868/S3034558825030041
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Каллаев С. Н.
  • Аффилиация: Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук
Том/ Выпуск
Том 61 / Номер выпуска 3-4
Страницы
149-159
Аннотация
Методом магнетронного ВЧ-распыления синтезирована тонкая пленка BiFeO3 с буферным слоем ZnO на подложке лейкосапфира Al2O3 (C-plane). Исследованы структура и механизмы проводимости в тонкой пленке на основе вольтамперных характеристик и зависимостей тока утечки от времени воздействия постоянного напряжения. Показано, что в формировании токов утечки в пленке участвует более одного механизма проводимости. В области слабого электрического поля токи утечки контролируются омической проводимостью, при более сильном приложенном электрическом поле – эмиссией Шоттки или Пула–Френкеля.
Ключевые слова
мультиферроики тонкие пленки ВАХ электропроводность
Дата публикации
17.02.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
2

Библиография

  1. 1. Wang J., Neaton J.B., Zheng H., Nagarajan V., Ogale S.B., Liu B., Viehland D., Vaithyanathan V., Schlom D.G., Waghmare U.V., Spaldin N.A., Rabe K.M., Wuttig M., Ramesh R. Epitaxial BiFeO3 multiferroic thin film heterostructures // Science. 2003. V. 299. № 5613. P. 1719–1722. https://doi.org/10.1126/science.1080615
  2. 2. Yakout S.M. Spintronics and innovative memory devices: a review on advances in magnetoelectric BiFeO3 // J. Supercond. Novel Magn. 2021. V. 34. № 2. P. 317–338. https://doi.org/10.1007/s10948-020-05764-z
  3. 3. Spaldin N.A., Ramesh R. Advances in magnetoelectric multiferroics // Nat. Mater. 2019. V. 18. № 3. P. 203–212. https://doi.org/10.1038/s41563-018-0275-2
  4. 4. Babalola A.V., Oluwasusi V., Owoeye V.A. et al. Effect of tin concentrations on the elemental and optical properties of zinc oxide thin films // Heliyon. 2024. V. 10. № 1. Р. e23190. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e23190
  5. 5. Dong W., Guo Y., Guo B., Liu H., Li H., Liu H. Photovoltaic properties of BiFeO3 thin film capacitors by using Al-doped zinc oxide as top electrode // Mater. Lett. 2013. V. 91. P. 359–361. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2012.10.031
  6. 6. Rajalakshmi R., Kambhala N., Angappane S. Enhanced magnetic properties of chemical solution deposited BiFeO3 thin film with ZnO buffer layer // Mater. Sci. Eng., B. 2012. V. 177. № 11. P. 908–912. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2012.04.014
  7. 7. Wu J., Wang J. Diodelike and resistive hysteresis behavior of heterolayered BiFeO3/ZnO ferroelectric thin films // J. Appl. Phys. 2010. V. 108. № 9. P. 094107. https://doi.org/10.1063/1.3500498
  8. 8. Wu J., Lou X., Wang Y., Wang J. Resistive hysteresis and diodelike behavior of BiFeO3/ZnO heterostructure // Electrochem. Solid-State Lett. 2010. V. 13. № 2. Р. G9–G12. https://doi.org/10.1149/1.3264093
  9. 9. You T., Du N., Slesazeck S., Mikolajick T., Li G., Bürger D. et al. Bipolar electric-field enhanced trapping and detrapping of mobile donors in BiFeO3 memristors // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014. V. 6. P. 19758–19765. https://doi.org/10.1021/am504871g
  10. 10. Guo Y., Guo B., Dong W., Li H., Liu H. Evidence for oxygen vacancy or ferroelectric polarization induced switchable diode and photovoltaic effects in BiFeO3 based thin films // Nanotechnology. 2013. V. 24. P. 275201. https://doi.org/10.1088/0957-4484/24/27/ 275201
  11. 11. Yin K., Li M., Liu Y., He C., Zhuge F., Chen B., Lu W., Pan X., Li R.-W. Resistance switching in polycrystalline BiFeO3 thin films. // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 97. P. 042101. https://doi.org/10.1063/1.3467838
  12. 12. Shen W., Bell A., Karim, S., Reaney I. M. Local resistive switching of Nd-doped BiFeO3 thin films // Appl. Phys. Lett. 2012. V. 100. P. 133505. https://doi.org/10.1063/1.3701270
  13. 13. Wu L., Jiang C., Xue D. Resistive switching in doped BiFeO3 films // J. Appl. Phys. 2014. V. 115. P. 17D716. https://doi.org/10.1063/1.4865217
  14. 14. Садыков С.А., Каллаев С.Н., Эмиров Р.М., Алиханов Н.М.-Р. Электрические свойства керамики BiFeO3, легированной Sm // Физика твердого тела. 2023. Т. 65. № 10. С. 1727–1737. https://doi.org/ 10.61011/FTT.2023.10.56320.149.
  15. 15. Auromun K., Choudhary R. N. P. Structural, dielectric and electrical behavior of Bi0.85Tm0.15FeO3 ceramic // Ceram. Int. 2019. V. 45. № 16. P. 20762–20773. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.07.062
  16. 16. Thansanga L., Shukla A., Kumar N., Choudhary R.N.P. Structural, dielectric, impedance and ferroelectric properties of lead-free Bi(Fe0.85Dy0.15)O3 ceramic // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2021. V. 32. № 16. P. 21337–21349. https://doi.org/10.1007/s10854-021-06636-5
  17. 17. Mumtaz F., Khan M.H., Jaffari G.H. Correlation between the composition, phase, band structure, ferroelectric and leakage responses of Bi1−xBaxFe1−yTiyO3 thin films // Thin Solid Films. 2022. V. 758. P. 139448. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2022.139448
  18. 18. Pabst G.W., Martin L.W., Chu Y.H., Ramesh R. Leakage mechanisms in BiFeO3 thin films // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. № 7. https://doi.org/10.1063/1.2535663
  19. 19. Makhdoom A.R., Akhtar M.J., Rafiq M.A., Hassan M.M. Investigation of transport behavior in Ba-doped BiFeO3 // Ceram. Int. 2012. V. 38. № 5. P. 3829–3834. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.01.032
  20. 20. Подгорный Ю.В., Воротилов К.А., Сигов А.С. Токи утечки в тонких сегнетоэлектрических пленках // Физика твердого тела. 2012. Т. 54. № 5. С. 859–862.
  21. 21. Гаджиев Г.М., Рамазанов Ш.М., Абакарова Н.С., Эфендиева Т.Н. Влияние внешнего поля и температуры на временную эволюцию тока утечки в пленочной структуре BiFeO3/TiO2(Nt)Ti // Физика твердого тела. 2024. Т. 66. № 2. С. 259–265. https://doi.org/10.61011/FTT.2024.02.57249.227
  22. 22. Fukumura H., Harima H., Kisoda K., Tamada M., Noguchi Y., Miyayama M. Raman scattering study of multiferroic BiFeO3 single crystal // J. Magn. Magn. Mater. 2007. 310. P. 367–369. https://doi.org/10.1016/J.JMMM.2006.10.282
  23. 23. Bielecki J., Svedlindh P., Tibebu D.T., Cai S., Eriksson S.G., Börjesson L., Knee C.S. Structural and magnetic properties of isovalently substituted multiferroic BiFeO3: insights from Raman spectroscopy // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012. V. 86. P. 184422. https://doi.org/10.1103/PHYSREVB.86.184422
  24. 24. Iliev M.N., Litvinchuk A.P., Hadjiev V.G., Gospodinov M.M., Skumryev V., Ressouche E. Phonon and magnon scattering of antiferromagnetic Bi2Fe4O9 // Phys. Rev. B: Condens. Matter. Mater. Phys. 2010. V. 81. P. 024302. https://doi.org/10.1103/PHYSREVB.81.024302
  25. 25. Alikhanov N.M.R., Rabadanov M.K., Orud- zhev F.F., Gadzhimagomedov S.K., Emirov R.M., Sadykov S.A., Kallaev S.N., Ramazanov S.M., Abdulvakhidov K.G., Sobola D. Size-dependent structural parameters, optical, and magnetic properties of facile synthesized pure-phase BiFeO3 // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2021. V. 32. Р. 13323–13335. https://doi.org/10.1007/S10854-021-05911-9
  26. 26. Friedrich A., Biehler J., Morgenroth W., Wiehl L., Winkler B., Hanfland M., Tolkiehn M., Burianek M., Mühlberg M. High-pressure phase transition of Bi2Fe4O9 // J. Phys.: Condens. Matter. 2012. V. 24. P. 145401. https://doi.org/10.1088/0953-8984/24/14/145401
  27. 27. Chen H., Tsaur S., Lee J.Y. Leakage current characteristics of lead-zirconate-titanate thin film capacitors for memory device applications // Jpn. J. Appl. Phys. 1998. V. 37. № 7R. P. 4056. https://doi.org/10.1143/JJAP.37.4056
  28. 28. Liu J.P., Lv Z.L., Hou Y.X., Zhang L.P., Cao J.P., Wang H.W., Zhao W.B., Zhang C., Bai Y., Meng K.K., Xu X.G., Miao J. Substantial reduction of leakage currents in La/Er/Zn/Ti multielement-doped BiFeO3 multiferroic thin films // Ceram. Int. 2022. V. 48. № 12. P. 17328–17334. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.02.295
  29. 29. Удод Л.В., Аплеснин С.С., Ситников М.Н., Романова О.Б. Исследование магнитоэлектрического эффекта и термоэдс в композитном железозамещенном пиростаннате висмута Bi2(Sn0.7Fe0.3)2O7/Bi2Fe4O9 // Физика твердого тела. 2023. Т. 65. № 8. С. 1361–1367. https://doi.org/10.21883/FTT.2023.08.56154.83
  30. 30. Yang T., Wei J., Guo Y., Lv Z., Xu Z., Cheng Z. Manipulation of oxygen vacancy for high photovoltaic output in bismuth ferrite films // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019. V. 11. № 26. P. 23372–23381. https://doi.org/10.1021/acsami.9b06704
  31. 31. Yan F., Miao S., Sterianou I., Reaney I.M., Lai M.O., Lu L., Song W.D. Multiferroic properties and temperature-dependent leakage mechanism of Sc-substituted bismuth ferrite–lead titanate thin films // Scr. Mater. 2011. V. 64. № 5. P. 458–461. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2010.11.015
  32. 32. Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков. М.: Высш. шк., 1977. С. 276, 309.
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека