Dielectric properties of perovskite multiferroic Pb(Fe0.5Nb0.5)O3-Bi0.95Dy0.05FeO3 thick films

• Autorzy: Stoch A. , Kulawik J. , Szwagierczak D. , Groger B.

Warianty tytułu

PL

Właściwości dielektryczne perowskitowych multiferroicznych grubych warstw Pb(Fe0.5Nb0.5)O3-Bi0.95Dy0.05FeO3

• Konferencja: International Conference of IMAPS - CPMP IEEE (32 ; 2008 ; Pułtusk, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper reports the preparation and deposition of dielectric thick films exhibiting multiferroic properties. The developed layers are based on solid solutions of two multiferroic compounds with perovskite structure -- relaxor Pb(Fe0.5Nb0.5)O3 and Bi0.95Dy0.05FeO3. Complex impedance and dielectric permittivity of thick films were determined as a function of temperature (from - 55 to 450°C) and frequency (10 Hz - 2 MHz). DC resistivity was measured in the temperature range 20 - 400°C. Microstructure of the samples was studied using a scanning electron microscope. In complex plane impedance spectra there exists a single arc at a given temperature associated with grains which decreases and shifts to higher frequencies with increasing temperature. The maximum values of dielectric permittivity of the investigated layers were 2000 - 4000 in the temperature range from -55 to 150°C at 1 kHz. Two broad ε'maxima ascribed to relaxor ferroelectric transition and dielectric relaxation occur in the temperature range from -55 to 450°C. Low sintering temperature appropriate for the conventional thick film procedure, dense microstructure and high dielectric permittivity slightly changing over a wide frequency and temperature ranges are advantages of the developed compositions.

PL

W artykule opisano przygotowanie i nanoszenie dielektrycznych grubych warstw wykazujących multiferroiczne właściwości. Opracowane warstwy oparte są na dwóch multiferroicznych związkach o strukturze perowskitu - relaksorze Pb(Fe0.5Nb0.5)O3 i Bi0.95Dy0.05FeO3. Badano zespoloną impedancję i przenikalność elektryczną grubych warstw w funkcji temperatury (od -55 do 450°C) i częstotliwości (10 Hz - 2 MHz). Mierzono przewodnictwo dc w zakresie temperatur 20 - 400°C. Badano mikrostrukturę próbek przy użyciu mikroskopu skaningowego. Na wykresach zespolonej impedancji w danej temperaturze istnieje pojedynczy łuk, związany z ziarnami, który zmniejsza się i przesuwa w stronę wyższych częstotliwości ze wzrostem temperatury. Maksymalne wartości przenikalności elektrycznej badanych warstw wynoszą 2000 - 4000 w zakresie temperatur od -55 do 150°C dla 1 kHz. W zakresie temperatur od -55 do 450°C występują dwa szerokie maksima ε' przypisywane przemianie ferroelektrycznej i relaksacji dielektrycznej. Korzystnymi cechami opracowanych kompozycji są: niska temperatura spiekania odpowiednia dla konwencjonalnej procedury grubowarstwowej, zwarta mikrostruktura i wysoka przenikalność elektryczna słabo zmieniająca się w szerokim zakresie częstotliwości i temperatur.

Słowa kluczowe

EN

perovskite multiferroics; thick films; dielectric properties

PL

perowskitowe multiferroiki; warstwa gruba; właściwości dielektryczne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2008
• Tom: T. 36, nr 3
• Strony: 138--150
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Stoch A.

autor

Kulawik J.

autor

Szwagierczak D.

autor

Groger B.

• Instytut Technologii Elektronowej, Oddział w Krakowie, ul. Zabłocie 39, 30-701 Kraków,

Bibliografia

• [1] Gajek M., Bibes M., Fusil S., Bouzehouane K., Fontcuberta J., Barthelemy A., Pert A.: Tunnel junctions with multiferroic barriers, Nature Materials, 6, (2007), 296-302
• [2] Scott J.F.: New developments on FRAMs: [3D] structures and all-perovskite FETs, Materials Science and Engineering B, 120, (2005), 6-12
• [3] Qu W., Tan X., McCallum R.W., Cann D.P., Ustundag E.: Room temperature magnetoelectric multiferroism through cation ordering in complex perovskite solid solutions, J. Phys.: Condens. Matter, 18, (2006), 8935-8942
• [4] Choudhary R.N.P., Pradhan O.K., Bonilla G.E., Katiyar R.S.: Effect of La-substitution on structural and dielectric properties of Bi(Sc1/2Fe1/2)O3 ceramics, J. Alloys Comp., 437, (2007), 220-224
• [5] Yuan G.L., Or S.W., Liu J.M., Liu Z.G.: Structural transformation and ferroelectroma-gnetic behavior in single-phase Bi1-xNdxFeO3 multiferroic ceramics, Appl. Phys. Lett., 89, (2006), 052905
• [6] Zhang S.T., Zhang Y., Lu M.H., Du C.L., Chen Y.F., Liu Z.G., Zhu Y.Y., Ming N.B.: Substitution - induced phase transition and enhanced multiferroic properties of B1-xiLaxFeO3 ceramics, Appl. Phys. Lett., 88, (2006), 162901
• [7] Bhat V.V., Ramanujachary K.V., Lofland S.E., Umarji A.M.: Tuning the multiferroic properties of Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 by cationic substitution, J. Magnetism and Magnetic Mat., 280, (2004), 221-226
• [8] Falqui A., Lampis N., Geddo-Lehmann A., Pinna G.G.: Low-temperature magnetic behavior of perovskite compounds PbFe1/2Ta1/2O3 and PbFe1/2Nb1/2O3, J. Phys. Chem. B, 109, (2005), 22967-22970
• [9] Choudhary R.N.P., Rodriguez C., Bhattacharya P., Katiyar R.R.S., Rinaldi C.: Low frequency dielectric dispersion and magnetic properties of La, Gd modified Pb(Fe1/2Ta1/2)O3 multiferroics, J. Magnetism and Magnetic Materials, 313, (2007), 253-260
• [10] Ivanov S.A., Nordblad P., Tellgren R., Ericsson T., Rundlof H.: Structural, magnetic and Mössbauer spectroscopic investigations of the magnetoelectric relaxor Pb(Fe0.6W0.2Nb0.2)O3, Sol. Stat. ScL, 9, (2007), 440-450
• [11] Stoch A., Kulawik J., Stoch P., Maurin J., Zachariasz P., Structural, electrical and Mössbauer effect studies of and 0.5Bi0.95Dy0.95FeO3-0.5Pb(Fe0.5Nb0.5)O3 multiferroics, OSSM2008 Conf., Koninki, 8-11.06.2008, Acta Physica Polonica A, in press