RF § Ž5 2² ŽÂ ] Ø ­ Ž( a' [ S Ë(Magnetron Sputtering) U ê s0 n É® Žz º V R ËX ê sS â à Š(K 0.5 Na 0.5 )(Mn 0.005 Nb 0.995 )O 3 “ ¤Ž ì Å4 U c lT c l8 ý P ê s– ¥ ¹ Å — ¤V R Ë

RF  § Ž5 2² ŽÂ ] Ø ­ Ž( a' [ S Ë(Magnetron Sputtering) U ê s0 n É® Žz º V R ËX ê sS â à Š(K 0.5 Na 0.5 )(Mn 0.005 Nb 0.995 )O 3 “ ¤Ž ì Å4  U c lT c l8 ý P ê s– ¥ ¹ Å — ¤V R Ë



™ »® £) ç  ·  ™ » . > ¬ £ ·  ™ » G ž B 4 w H

Ö 

¦ í ß –@ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ , Ö  ¦ í ß – 681-749

¼ ÿ

›‡ ç ¡ 4 w H

„

   Ҿ ¡ §ƒ  ½ ¨" é ¶ Ö 6 x ½ + ËG ' p" f ™ è ƒ  ½ ¨G ' p' , $ í z Œ ™ 463-816

9

: cZ 9 

1 l

x  @ /† < Ɠ § ’  ™ èF Ó ü t o † < Æõ ,  Òí ß – 604-714 (2010¸   9 Z 4 28{ 9  ~ à Î6 £ §, 2010¸   12 Z 4 10{ 9  > F  S X ‰& ñ )

K

0.5

Na

0.5

NbO

3

\ " f Nb 0 Au \  Mn`  ¦ 0.5 mol% u  ¨ 8 Š ô  Ç (K

0.5

Na

0.5

)(Mn

0.005

Nb

0.995

)O

3

(KNMN) y

© œÄ »„  ^ ‰ ~ à Ì} Œ •`  ¦ RF  Õ ªW 1à ԏ : r Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð $ í  © œr &  y © œÄ »„   x 9  „  l & h  : £ ¤$ í `  ¦ › ¸  % i 



. $ í  © œ  ) a KNMN ~ à Ì} Œ •_  é ß –{ 9  © œõ    & ñ $ í “ É r X-‚    r] X  ì  r$ 3 õ  " é ¶  Å Ò ‰ & ³p  â (Atomic Force Microscope)`  ¦ s 6   x # Œ S X ‰ “   % i  . 550

^◦

C \  7 £ x ‚ à Ìô  Ç Ê ê í ß –™ è ì  r 0 Al – Ð 600

^◦

C \ " f \ P % ƒo ô  Ç ~ à Ì} Œ •

\

" f Ä ºÃ ºô  Ç y © œÄ »„   : £ ¤$ í `  ¦
 ? /% 3  . „  l  © œ    o\    É r ¾ º[ O „  À Óx 9 • ¸ 8 £ ¤& ñ Ü ¼– РÒ'  y © œÄ »„   ~ Ã Ì }

Œ

•õ   â > €    s _  „  l „  • ¸ : £ ¤$ í `  ¦ K $ 3  % i  .

Ù þ

˜d ” # Q: K

0.5

Na

0.5

NbO

3

, Á ºƒ  , ~ à Ì} Œ •, Mn u  ¨ 8 Š

Ferroelectric Properties of (K _0.5 Na _0.5 )(Mn _0.005 Nb _0.995 )O ₃ Thin Films Fabricated by RF Magnetron Sputtering

Ju Sung Kim · Jin Soo Kim · Ill Won Kim ^∗

Department of Physics, University of Ulsan, Ulsan 681-749

Chang Won Ahn

Convergence Components R&D Division, Korea Electronics Technology Institute, Seongnam 463-816

Se Hwan Bae

Department of Materials Physics, Dong-A University, Busan 604-714 (Received 28 September, 2010 : accepted 10 December, 2010)

(K

0.5

Na

0.5

)(Mn

0.005

Nb

0.995

)O

3

(KNMN) thin films were fabricated by using RF magnetron sput- tering, and their ferroelectric and conduction behaviors were investigated. The phases and the grain morphologies of the KNMN films were confirmed by using X-ray diffraction (XRD) and atomic force

-1294-

microscopy (AFM), respectively. The films annealed at 600

^◦

C showed good ferroelectric properties.

We also investigated the conduction behaviors of the KNMN films by measuring the leakage current density versus voltage.

PACS numbers: 77.55.+f, 77.80.Bh, 77.84.Dy

Keywords: K

0.5

Na

0.5

NbO

3

, Lead-free, thin film, Mn substitution

I. " e  ] Ø

„

  [ j b ”  ™ è – Ð  6   x ÷ &“ ¦ e ”   H Pb(Zr,Ti)O 3 (PZT)

>

 Ó ü t| 9 “ É r ` …– ÐÚ ÔÛ ¼ s à Ô ½ ¨› ¸\  ¦ ° ú   H · ú š„  ^ ‰ F « і Ð Ä

ºÃ ºô  Ç · ú š„   : £ ¤$ í M :ë  H \  G ' p" f x 9  " l oÆ Ó\ s '  1 p x õ  ° ú  “ É r

· ú

š„   ™ è – Ð V , o   6   x ÷ &“ ¦ e ”   [1]. Õ ª Q
 PZT >  · ú š

„

 ^ ‰  H  | ¾ Ó_  ± ú šs  † < ÊÄ »÷ &# Q e ” # Q ] j› ¸ / B N& ñ õ  ` ‚l Ó ü t

%

ƒo õ & ñ \ " f “  ^ ‰\  Ä »K ô  Ç ± ú šs  C Ø  ¦ ÷ &l  M :ë  H \  ± ú š

×

 æ1 l q x 9  ¨ 8 Š ⠚ ¸% i  ë  H ] j\  ¦ µ 1 ÏÒ q tr ~  ´ à º e ”  . s ü < ° ú  “ É r

¨ 8

Š â ë  H ] j\  ¦ K    l  0 A # Œ, Ä »X O ƒ  ½ + Ë, { 9 ‘ : r, p ² D G, ô  Ç

² D

G 1 p x õ  ° ú  “ É r ´ ú §“ É r
 \ " f  H ± ú š`  ¦ Ÿ í† < Ê “ ¦ e ”   H „    F

« Ñ Ó ü t| 9 _  à º{ 9 `  ¦ ] jô  Ç “ ¦ e ” Ü ¼ 9 “  ^ ‰\  Á ºK  “ ¦

¨ 8

Š ⠕ 2 ; o& h “   Á ºƒ  >  „    F « Ñ > hµ 1 Ï\  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨ 7 £ x

 “ ¦ e ”   [2].

þ

j   H PZT > ü < Ä » ô  Ç ` …– ÐÚ ÔÛ ¼ s à Ô ½ ¨› ¸\  ¦ ° ú   H K _0.5 Na _0.5 NbO ₃ (KNN) >  [ j b ” “ É r Ä ºÃ ºô  Ç · ú š„   x 9  y © œ Ä

»„   : £ ¤$ í `  ¦
  · p “ ¦ ˜ Г ¦  ) a s Ê ê s  Ó ü t| 9 _  y © œÄ »„   x 9

 · ú š„   : £ ¤$ í \  › ' a ô  Ç F  g# 3 0 Aô  Ç ƒ  ½ ¨ ”  ' Ÿ ÷ &“ ¦ e ”   [3–

7]. Õ ª Q
 KNN Ó ü t| 9 “ É r Z  }“ É r ™ è   “ : r • ¸ (1100 ^◦ C) \ " f K ⁺ ü < Na ⁺ _  6 fµ 1 ϖ Ð “  K  Z  }“ É r x 9 • ¸\  ¦ ° ú   H [ j b ” `  ¦ ] j

›

¸ l  # Q§ >  . ¢ ¸ô  Ç s  Ó ü t| 9 “ É r „  l  © œ`  ¦ “   % i `  ¦ M : Z

 }“ É r ¾ º[ O „  À Ó\  ¦
 ? /  H ë  H ] j& h  M :ë  H \  z  ´] j ™ è – Ð 6

£

x6   x l  t   H K    # Œ  ½ + É ë  H ] j& h s  ´ ú §  [8,9].

þ

j   H \  KNN>  Ó ü t| 9 _  Ó ü t o & h  : £ ¤$ í `  ¦ † ¾ Ó © œr v l  0 A K

  € ª œô  Ç ] j› ¸ l Õ ü t (high energy milling [10], hot pressing 1 p x) õ  “ ¦6   x ^ ‰_  ½ + Ë$ í (KNN-LiNbO ₃ [11], KNN- LiSbO ₃ [12], KNN-BaTiO ₃ [13], Li- and Ta- modified KNN [14] 1 p x) Õ ªo “ ¦ ™ è  › ¸] j (ZnO [15], MnO 2 [16], CuO [17])1 p x \  › ' a ô  Ç ƒ  ½ ¨  Ö ¸ µ 1 Ïy  ”  ' Ÿ ÷ &“ ¦ e ”  .

KNN >  [ j b ”  ] j› ¸ü < · ú š„   x 9  y © œÄ »„   : £ ¤$ í \  › ' a ô  Ç F  g

#

3 0 Aô  Ç ƒ  ½ ¨ ”  ' Ÿ ÷ &“ ¦ e ” Ü ¼
 KNN ~ à Ì} Œ •\  › ' a ô  Ç ƒ  ½ ¨

 

õ   H  © œ@ /& h Ü ¼– Ð Â Ò7 á ¤  . 2000¸   œ í M. Blomqvist [18] ü < X. Wang [19] 1 p x“ É r RF  Õ ªW 1à ԏ : r Û ¼( ' a A ~ ½ Ó Z O

Ü ¼– Ð KNN ~ à Ì} Œ •`  ¦ 7 £ x ‚ Ã Ì # Œ P-E s § 4 / B G‚  õ  tunabil- ity \  › ' a # Œ › ¸  % i “ ¦, C. R. Cho [20, 21] 1 p x“ É r  € ª œ

∗

E-mail: [email protected]

ô

 Ç 7 £ x ‚ Ã Ì l Z O Ü ¼– Ð KNN ~ à Ì} Œ •_  y © œÄ »„  $ í õ  „  À ӄ  · ú š (I- V) : £ ¤$ í `  ¦ › ¸  % i  . ¢ ¸ô  Ç M. Blomqvist [22]ü < S. I.

Khartsev [23] 1 p x“ É r KNN ~ à Ì} Œ •_  „  l  F  g † < Æ : £ ¤$ í \  › ' a 

#

Œ ƒ  ½ ¨ % i  . Õ ª Q
 Õ ª[ þ t“ É r KNN ~ à Ì} Œ • 7 £ x ‚ Ã Ì › ¸|  x 9  F 

g † < Æ& h  : £ ¤$ í \  › ' a ô  Ç ƒ  ½ ¨\  ¦ | 9 ×  æ % i Ü ¼
 y © œÄ »„   : £ ¤$ í

\

 @ /K " f  H ^ ‰> & h Ü ¼– Ð ƒ  ½ ¨\  ¦ t  · ú §€ Œ ¤ . þ j   H \  F.

Lai [24], Ahn [25] 1 p x“ É r sol-gel ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð KNN ~ à Ì} Œ •`  ¦ 7 £ x

‚ Ã

Ì # Œ Ä ºÃ ºô  Ç y © œÄ »„   : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Г ¦ % i  . Õ ª Q
  f ” 



t  Na, K › ¸$ í q  › ¸] X  x 9  K " é ¶  ü < / B N l  ×  æ \  Ÿ í† < ʝ ) a Ã

ºì  r (H) õ  ì ø Í6 £ x \  _ ô  Ç ~ à Ì} Œ •_  \ P  o : £ ¤$ í M :ë  H \  F ‰ & ³

$ í

s  Z  }“ É r stoichiometric ô  Ç î ß –& ñ  ) a KNN ~ à Ì} Œ • ] j Œ •\  › ' a ô

 Ç ƒ  ½ ¨ | 9 ×  æ ÷ &“ ¦ e ”  . þ j   H \  KNN é ß –  & ñ _  Nb   o

\  Mn`  ¦ u  ¨ 8 Š † < ÊÜ ¼– Ð+ ‹, ¾ º[ O „  À Óx 9 • ¸\  ¦ y Œ ™™ èr v “ ¦ y

© œÄ »„   x 9  · ú š„   : £ ¤$ í `  ¦ † ¾ Ó © œr ~  ´ à º e ”    H ƒ  ½ ¨ ˜ Г ¦

÷

&“ ¦ e ”   [26]. ‘ : r ƒ  ½ ¨  H RF  Õ ªW 1à ԏ : r Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O  Ü

¼– Ð $ í  © œr †   (K _0.5 Na _0.5 )(Mn _0.005 Nb _0.995 )O ₃ (KNMN)

~ Ã

Ì} Œ •_  y © œÄ »„   x 9  „  l „  • ¸ : £ ¤$ í `  ¦ › ¸  % i  .

II. ÷ m Ç] M öU ê s0 n É

RF  Õ ªW 1à ԏ : r Û ¼( ' a A ~ à Ì} Œ • 7 £ x ‚ à Ì6   x (K 0.5 Na _0.5 ) (Mn 0.005 Nb 0.995 )O 3 [ j b ”  ³ ð& h “ É r “ ¦ © œì ø Í6 £ xZ O Ü ¼– Ð ] j



Œ

• % i  . Na ² CO 3 (99.9 %), K 2 CO 3 (99.0 %), Nb 2 O 5

(99.9 %), Mn ₂ O ₃ (99.9 %) " é ¶ « Ñ ì  r ´ ú ˜`  ¦ s 6   x # Œ (K 0.6 Na 0.6 )(Mn 0.005 Nb 0.995 )O 3 › ¸$ í q – Ð ½ + Ë$ í % i  . ™ D ¥

½

+ ˝ ) a KNMN ì  r ´ ú ˜\  t Ø Ô ïm  ^  ¦ õ  \ ò ø Í`  ¦`  ¦ 1:1:2 Â Ò x

q – Ð [ O # Q e  ¦ o \  9 E $ ™ 6   x l \  V , “ ¦ 24r ç ß –1 l x î ß – ^  ¦x 9 `  ¦

=

å Q · p Ê ê KNMN ™ D ¥ ½ + ËÓ ü t \  Ÿ í† < ʝ ) a \ ò ø Í`  ¦`  ¦ 6 fµ 1 Ïr v l  0

AK  „  l  š ¸‘ É r \  V , “ ¦ 100 ^◦ C \ " f 24r ç ß –1 l x î ß – | › ¸ 

%

i  . | › ¸  ) a ì  r ´ ú ˜`  ¦ ° ú ˜ " f ì  r  Wô  Ç  6 £ § · ú ˜À Òp 
 • ¸

m

\  V , “ ¦ 800 ^◦ C \ " f 4r ç ß –1 l x î ß – ™ è % i  . ™ è  ) a ì  r

´ ú

˜`  ¦ 1  ^  ¦x 9 õ  ° ú  “ É r › ¸| Ü ¼– Ð 2  ^  ¦x 9 `  ¦ z  ´r ô  Ç Ê ê | 

›

¸  ) a ì  r ´ ú ˜`  ¦ f ”  â 65 mm“   " é ¶+ þ A d  ¦ \  G Ä º“ ¦ 50 MPa_ 

· ú

š§ 4 `  ¦ “   # Œ $ í + þ A % i  . $ í + þ A l  „   $ í + þ A$ í `  ¦ 7 £ x

r v l  0 AK  10 % PVA à º6   xÓ  o`  ¦ ì  r ´ ú ˜@ /q  4 wt% ' ‘ 

 % i  . $ í + þ A ) a KNMN [ j b ”  ³ ð& h “ É r 550 ^◦ C \ " f 4r  ç

ß –1 l x î ß – Ä »t  # Œ PVA\  ¦ ] j ô  Ç Ê ê 800 ^◦ C \ " f 4r ç ß –1 l x

Table 1. Sputtering conditions of KNMN thin films.

Substrate Pt(111)/TiO

2

/SiO

2

/Si

RF-Power 60 Watt

Substrate Temperature 550

^◦

C Base Pressure 1 × 10

⁻⁶

Torr Working Pressure 6.0 × 10

⁻²

Torr

Ar/O

2

Ratio 3/1

Sputtering Time 6 h

Sub.-Target Distance 3.5 cm

Fig. 1. X-ray diffraction patterns of KNMN ceramic tar- get, Pt substrate and the KNMN thin films with different annealing temperatures (as grown 550 ^◦ C, 600 ^◦ C, 650

◦ C, 700 ^◦ C, 750 ^◦ C).

î

ß – ™ è   % i  . ™ è   ) a [ j b ”  ³ ð& h “ É r ¿ ºa  5 mm, f ”  â 51 mm“   " é ¶ ó ø Í+ þ A RF  Õ ªW 1à ԏ : r Û ¼( ' a A6   x ³ ð& h Ü ¼– Ð

/ B N % i  .

KNMN ~ à Ì} Œ •“ É r (K 0.6 Na _0.6 )(Mn _0.005 Nb _0.995 )O ₃ [ j b ” 

³

ð& h `  ¦  6   x # Œ Pt(111)/TiO ² /SiO 2 /Si l ó ø Í 0 A\  RF



Õ ªW 1à ԏ : r Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð $ í  © œr (   . Table 1“ É r KNMN ~ à Ì} Œ • $ í  © œ › ¸| `  ¦ & ñ o ô  Ç  כ s  . $ í  © œ  ) a KNMN

~ Ã

Ì} Œ •_    & ñ $ í `  ¦ † ¾ Ó © œr v l  0 A # Œ 600 ∼ 750 ^◦ C “ : r • ¸

\

" f 50 ^◦ C ç ß –  Ü ¼– Ð í ß –™ è ì  r 0 Al – Ð 1r ç ß –1 l x î ß – \ P % ƒo 

% i  .

KNMN ~ à Ì} Œ •_  y © œÄ »„   x 9  „  l & h  : £ ¤$ í `  ¦ 8 £ ¤& ñ l  0 A

# Œ DC Û ¼( ' a A (Cressington 108, Cressington, Inc.)

 ©

œu – Ð €  & h  2.5 × 10 ⁻⁴ cm ² “    © œÂ Ò „  F G`  ¦ Ñ þ ˜F K ³ ð& h Ü ¼

–

Ð 7 £ x ‚ Ã Ì % i  .

KNMN ~ à Ì} Œ •_    & ñ ½ ¨› ¸  H X-‚    r] X  ì  r$ 3   © œu  (XRD RAD3, Rigaku)\  ¦ s 6   x % i Ü ¼ 9, ~ à Ì} Œ •_  ¿ ºa ü <

³

ð€  _  p [ j½ ¨› ¸  H ³ ð€  Å Ò ‰ & ³p  â (FE-SEM : Field Emission Scanning Electron Microscope, JSM-600F,

Fig. 2. The AFM (surface) and FE-SEM (cross-section) images of KNMN thin films with different annealing tem- peratures.

JEOL LTD) õ  " é ¶  Å Ò  ‰ & ³p  â (AFM : Atomic Force Microscope, XE-100, PSIA LTD)`  ¦  6   x # Œ › ¸  % i 



. KNMN ~ à Ì} Œ •_  y © œÄ »„  $ í `  ¦ S X ‰ “   l  0 A # Œ Ferro- electric Test System (RT66A, Radiant Technologies)`  ¦ s

6   x # Œ P-E s § 4 / B G‚  `  ¦ 8 £ ¤& ñ % i  . “ : r • ¸    o\   



É r KNMN ~ à Ì} Œ •_  Ä »„   : £ ¤$ í “ É r e ” x ~  Û ¼ ì  r$ 3   © œu  (HP4192A, Hewlett Packard)\  ¦  6   x # Œ 8 £ ¤& ñ % i  .

KNMN ~ à Ì} Œ •_  „  À Ó-„  · ú š (Leakage current density- Voltage, I-V) : £ ¤$ í “ É r electrometer (Keithley-237, Keith- ley Instruments, Inc.) – Ð 8 £ ¤& ñ % i  .

III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

Figure 1“ É r 7 £ x ‚ Ã Ì  ) a KNMN ~ à Ì} Œ • (as grown 550 ^◦ C) õ

 O 2 ì  r 0 Al – Ð 600 ∼ 750 ^◦ C \ " f 1r ç ß –1 l x î ß – \ P % ƒ o

ô  Ç KNMN ~ à Ì} Œ •_  XRD J ‡  `  ¦
  · p  כ s  . $ í

 ©

œ  ) a KNMN ~ à Ì} Œ •\ " f (001) ^{P C} , (011) P C x 9  (002) _{P C} XRD x ß ¼ › ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 Ü ¼ 9, s  x ß ¼[ þ t“ É r KNMN [ j



b ” _  XRD x ß ¼ü < ¸ ú ˜ { 9 u  % i  . # Œl " f  A ' ‘   PC  H ‘pseudo-cubic’`  ¦ _ p ô  Ç . KNN“ É r  © œ“ : r \ " f or- thorhombic ½ ¨› ¸s  . KNMN [ j b ” _  XRD J ‡  \ " f (001) P C , (011) P C , (002) P C Â Ò   H _  x ß ¼[ þ t“ É r orthorhom- bic ½ ¨› ¸s l  M :ë  H \  y Œ •y Œ • ¿ º > h_  x ß ¼– Ð ° ú ˜ 4 R e ” Ü ¼

, ~ à Ì} Œ •\ " f  H l ó ø Í % ò † ¾ Ó M :ë  H \  pseudo-cubic ½ ¨› ¸– Ð

 z Œ ¤ .

Figure 2  H 7 £ x ‚ Ã Ì  ) a KNMN ~ à Ì} Œ •õ  600, 650, 700, 750

◦ C \ " f \ P % ƒo ô  Ç KNMN ~ à Ì} Œ •_  AFM ³ ð€    ”  õ  FE-

SEM 8 £ ¤€    ”  `  ¦
 ? /“ ¦ e ”  . AFM ³ ð€    ”  Ü ¼– Ð

Fig. 3. Ferroelectric P-E hysteresis loops of KNMN thin films with different annealing temperature at 100 Hz.

Â

Ò'  ± ú  · ú ˜s  ç  H{ 9  >  + þ A$ í ÷ &% 3 6 £ §`  ¦ S X ‰ “   % i Ü ¼ 9, FE- SEM 8 £ ¤€   8 £ ¤& ñ Ü ¼– РÒ'  $ í  © œ  ) a KNMN ~ à Ì} Œ •_  ¿ ºa   H

€



• 220 nm s % 3  .

Figure 3“ É r \ P % ƒo  “ : r • ¸\    É r KNMN ~ à Ì} Œ •_  P-E s 

§ 4

/ B G‚  `  ¦
 ? /“ ¦ e ”  . 7 £ x ‚ Ã Ì  ) a ~ à Ì} Œ •\ " f• ¸ Ÿ í o  ) a P- E s § 4 / B G‚  `  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ғ ¦ e ” Ü ¼
 600 ^◦ C \ " f 1r ç ß –1 l x î ß –

\ P

% ƒo ô  Ç r « ѓ    â Ä º  8 Ÿ í o  ) a s § 4 / B G‚   + þ AI \  ¦ ˜ Ð# Œ Å

ғ ¦ e ”  . 750 ^◦ C s  © œ_  \ P % ƒo  “ : r • ¸\ " f  H í ß –™ è ‘    o

ü < ° ú  “ É r   † < Ê M :ë  H \  „  • ¸ : £ ¤$ í `  ¦ ° ú   H P-E s § 4 / B G‚  

`

 ¦ ˜ Ð# ŒÅ ғ ¦ e ”  . 600 ^◦ C \ " f \ P % ƒo ô  Ç KNMN ~ à Ì} Œ •_  ï

ß –À Óì  rF G (P r ) õ  † ½ ӄ  l  © œ (E ^c ) ° ú כ“ É r y Œ •y Œ • 3.8 µC/cm ² , 67.9 kV/cm s % 3  .

Figure 4  H Å Ò à º (100 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz)ü <

“

: r • ¸    o\    É r 600 ^◦ C \ " f \ P % ƒo ô  Ç KNMN ~ à Ì} Œ •_  Ä

»„   © œÃ º\  ¦
  · p  כ s  . KNN“    â Ä º ¿ º > h_   © œ„   s

 “ : r • ¸ 200 ^◦ C ü < 430 ^◦ C \ " f
 
  H X < 200 ^◦ C Â Ò   H _

  © œ„  s  “ : r • ¸ (T O−T )  H orthorhombic-tetragonal  © œ„   s

s  9, 430 ^◦ C \ " f  H y © œÄ »„   © œs   © œÄ »„   © œÜ ¼– Ð      H Ç

©o “ : r • ¸ (T C ) s   [27]. KNMN ~ à Ì} Œ •_  Ä »„   © œÃ º 8 £ ¤& ñ Ü

¼– РÒ'  Å Ò à º\     o\     Ä »„   © œÃ º      H Ä »

Fig. 4. Frequency and temperature dependence of the dielectric constant in the KNMN thin films annealed at 600 ^◦ C.

Fig. 5. The leakage current density of KNMN thin film annealed at 600 ^◦ C.

„

 ì  r í ß – ‰ & ³ © œs  y © œ > 
 z Œ ¤Ü ¼ 9, Å Ò à º 7 £ x † < Ê\ 



  300 ^◦ C ∼ 400 ^◦ C “ : r • ¸ % ò % i \ " f Ä »„   x ß ¼_  + þ A I

 ² ú ˜ t   H ¢ - a  o+ þ A (relaxor) y © œÄ »„   : £ ¤$ í `  ¦
 ? /

%

3  . KNMN ~ à Ì} Œ •_  Ä »„   : £ ¤$ í “ É r   & ñ › ¸$ í    oü < ~ Ã Ì }

Œ

•/l ó ø Í  s   â > €   ´ òõ \  _ ô  Ç  כ Ü ¼– Ð, RF Û ¼( ' a A

~ ½

ÓZ O Ü ¼– Ð $ í  © œ  ) a KNN ~ à Ì} Œ •õ  Ä » ô  Ç Ä »„   : £ ¤$ í `  ¦
 

?

/“ ¦ e ”   [27].

Figure 5  H 600 ^◦ C \ " f \ P % ƒo ô  Ç KNMN ~ à Ì} Œ •_  “  

„

 l  © œ\    É r „  À Ó-„  · ú š : £ ¤$ í `  ¦
 ? /“ ¦ e ”  . “  „   l

 © œs  100 kV/cm s  “    â Ä º KNMN ~ à Ì} Œ •“ É r Ohmic

Fig. 6. The fatigue characteristics of KNMN thin films annealed at 600 ^◦ C.

(n 1 = 1.02) „  • ¸ : £ ¤$ í `  ¦
 ? /“ ¦ e ” Ü ¼
 100 kV/cm“   Z

 }“ É r „  l  © œs  “    ) a  â Ä º Schottky „  • ¸ : £ ¤$ í `  ¦
 

?

/% 3 Ü ¼ 9 163 kV/cm s  © œ_  Z  }“ É r f ” À ӄ  l  © œ\ " f  H ] X 

ƒ

  õ  ‰ & ³ © œs 
 z Œ ¤ . f ” À ӄ  l  © œs  100 kV/cm t 

“

 ÷ &# Q• ¸ KNMN ~ à Ì} Œ •“ É r 1.7 × 10 ⁻⁷ A/cm ² – Ð ± ú “ É r ¾ º [ O

„  À Óx 9 • ¸\  ¦ Ä »t  % i  .

Kizaki [26] 1 p x _  ƒ  ½ ¨\  _  €  , KNN\ " f ¾ º[ O „  À Ó

\

 ¦ 7 £ x r v   H " é ¶ “  “   í ß –™ è ‘   o \  ¦ y Œ ™™ èr v l  0 A 

#

Œ í ß –™ è ì  r 0 Al \ " f KNN`  ¦ \ P % ƒo  % i `  ¦ M : í ß –™ è ‘    o

\  ¦ y Œ ™™ èr v t ë ß – 1 l x r \  d ”  (1)õ  ° ú  s  f . Ë(h ^• ) s  + þ A$ í

 ) a  .

V _o ^•• + 1

2 O 2 → O ^∗ _o + 2h ^• (1) Kizaki 1 p x“ É r KNN \  Mn`  ¦ ' ‘  €   f . Ë _  0 l x • ¸\  ¦ y Œ ™

™

èr &  ¾ º[ O „  À Ó\  ¦ ´ òõ & h Ü ¼– Ð y Œ ™™ èr ~  ´ à º e ”  “ ¦ ˜ Ð

“

¦ % i  . KNN\  Mn`  ¦ ' ‘  €   í ß – oì ø Í6 £ x`  ¦   H 1 l x î

ß – d ”  (2)õ  ° ú  “ É r ì ø Í6 £ x Ü ¼– Ð Mn_  " é ¶   à º 7 £ x ÷ &€  

"

f KNN ? / Ò\  ” > r F    H f . Ë`  ¦ f  ¨ à º # Œ f . Ë \  _ ô  Ç ¾ º [ O

„  À Ó : £ ¤$ í `  ¦ y Œ ™™ èr ~  ´ à º e ”  .

M n ⁰⁰⁰ _{N b} + h ^• → M n ⁰⁰ _{N b}

M n ⁰⁰ _{N b} + h ^• → M n ⁰ _{N b} (2) y

© œÄ »„  ^ ‰ ~ à Ì} Œ •`  ¦ ™ è – Ð  6   x l  0 A # Œ  © œr ç ß – 1 l x î

ß –  6   x # Œ• ¸ y © œÄ »„   : £ ¤$ í `  ¦ Ä »t ½ + É Ã º e ” # Q  ô  Ç . s  ü < ° ú  “ É r ’  ø @$ í “ É r ì  rF G x – Ð : £ ¤$ í `  ¦ 8 £ ¤& ñ # Œ S X ‰ “   % i 



. Fig. 6“ É r 600 ^◦ C \ " f \ P % ƒo ô  Ç KNMN ~ à Ì} Œ •_  ì  rF G x

– Ð : £ ¤$ í `  ¦ 8 £ ¤& ñ ô  Ç  כ s  . Õ ªa Ë >\ " fü < ° ú  s  1 × 10 ¹⁰



r Û ¼0 Ag A  s 9 þ t`  ¦ ì ø Í4 Ÿ ¤ Ê ê\ • ¸ KNMN ~ à Ì} Œ •_  ì  rF G x 

–

Ð ‰ & ³ © œ“ É r  _ 
 
t  · ú §€ Œ ¤ .

IV. + s Ç Â ] Ø

RF  Õ ªW 1à ԏ : r Û ¼( ' a A ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð (K 0.5 Na 0.5 ) (Mn _0.005 Nb _0.995 )O ₃ (KNMN) y © œÄ »„  ^ ‰ ~ à Ì} Œ •`  ¦ $ í  © œr 

&

 \ P % ƒo  “ : r • ¸\    É r KNMN ~ à Ì} Œ •_  y © œÄ »„   x 9  „  l „  

•

¸ : £ ¤$ í `  ¦ › ¸  % i  . 600 ^◦ C \ " f \ P % ƒo ô  Ç KNMN ~ Ã Ì }

Œ

•\ " f Ä ºÃ ºô  Ç y © œÄ »„   : £ ¤$ í `  ¦
 ? /% 3  . „  l  © œ`  ¦ 100 kV/cm  t  “   # Œ• ¸ 1.7 × 10 ⁻⁷ A/cm ² _  ± ú “ É r ¾ º[ O 

„

 À Óx 9 • ¸\  ¦ Ä »t  % i  . 1 × 10 ¹⁰  r Û ¼0 Ag A  s 9 þ t`  ¦ ì

ø Í4 Ÿ ¤ Ê ê\ • ¸ ì  rF G x – Ð ‰ & ³ © œ“ É r  _ 
 
t  · ú §  H  .

P

c p 8 ý ò k >

s

  7 Hë  H“ É r 2009¸   Ö  ¦ í ß –@ /† < Ɠ § ƒ  ½ ¨q \  _  # Œ ƒ  ½ ¨

÷

&% 3 Ü ¼ 9, s \  y Œ ™ × ¼w n m  .

Y

c p w Š à U Ø ”  ô

[1] B. Jaffe, R. S. Roth and S. Marzullo, J. Appl. Phys.

25, 809 (1594).

[2] Thomas R. Shrout and Shujun J. Zhang, J. Electro- ceram. 19, 11 (2007).

[3] Y. Saito, H. Takao, T. Tani, T. Nonoyama, K. Taka- tori, T. Homma, T. Nagaya and M. Nakamura, Na- ture London 432, 84 (2004).

[4] Y. Guo, K. Kakimoto and H. Ohsato, Appl. Phys.

Lett. 85, 4121 (2004).

[5] E. Hollenstein, M. Davis, D. Damjanovic and N. Set- ter, Appl. Phys. Lett. 87, 182905 (2005).

[6] G. Zang, J. Wang, H. Chen, W. Su, C. Wang, P.

Qi, B. Ming, J. Du, L. Zheng, S. Zhang and T. R.

Shrout, Appl. Phys. Lett. 88, 212908 (2006).

[7] M. Matsubara, T. Yamaguchi, K. Kikuta and S. Hi- rano, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 44, 258 (2005).

[8] G. Shirane, R. Newnham and R. Pepinsky, Phys.

Rev. 96, 581 (1954).

[9] S. Tashiro, H. Nagamatsu and K. Nagata, Jpn. J.

Appl. Phys., Part 1 41, 7113 (2002).

[10] R. Zuo, J. R¨ odel, Re. Chen and L. Li, J. Am. Ceram.

Soc. 89, 2010 (2006).

[11] Y. Guo, K. Kakimoto and H. Ohsato, Appl. Phys.

Lett. 85, 4121 (2004).

[12] G. Zang, J. Wang, H. Chen, W. Su, C. Wang, P.

Qi, B. Ming, J. Du, L. Zheng, S. Zhang and R. T.

Shrout, Appl. Phys. Lett. 88, 212908 (2006).

[13] H. Y. Park, C. W. Ahn, H. C. Song, J. H. Lee, S.

Nahm, K. Uchino, H. G. Lee and H. J. Lee, Appl.

Phys. Lett. 89, 062906 (2006).

[14] E. Hollenstein, M. Davis, D. Damjanovic and N. Set- ter, Appl. Phys. Lett. 87, 182905 (2005).

[15] S. H. Park, C. W. Ahn, S. Nahm and J. S. Song, Jpn. J. Appl. Phys. 43, L1072 (2004).

[16] C. W. Ahn, H. C. Song, S. Nahm, S. H. Park, K.

Uchino, S. Priya, H. G. Lee and N. K. Kang, Jpn.

J. Appl. Phys. 44, L1361 (2004).

[17] H. Takao, Y. Saito, Y. Aoki and K. Horibuchi, J.

Am. Ceram. Soc. 89, 1951 (2006).

[18] M. Blomqvist, J. H. Koh, S. Khartsev, A. Grishin and J. Andreasson, Appl. Phys. Lett. 81, 337 (2002).

[19] X. Wang, U. Helmersson, S. Olafasson, S. Rudner, L. D. Wernlund and S. Gevorgian, Appl. Phys. Lett.

73, 927 (1998).

[20] C. R. Cho, Mater. Lett. 57, 781 (2002).

[21] C. R. Cho and A. Grishin, J. Appl. Phys. 87, 4439 (2000).

[22] M. Blomqvist, S. Khartsev, A. Grishin and A. Pe- traru, Integrated Ferroelectrics 54, 631 (2003).

[23] S. I. Khartsev, M. A. Grishin and A. M. Grishin, Appl. Phys. Lett. 86, 062901 (2005).

[24] F. Lai and J. F. Li, J. Sol-Gel Sci. Tech. 42, 287 (2007).

[25] C. W. Ahn, E. D. Jeong, S. Y. Lee, H. J. Lee, S. H.

Kang and I. W. Kim, Appl. Phys. Lett. 93, 212905 (2008).

[26] Y. Kizaki, Y. Noguchi and M. Miyayama, Appl.

Phys. Lett. 89, 142910 (2006).

[27] H. J. Lee, I. W. Kim, J. S. Kim, C. W. Ahn and B.

H. Park, Appl. Phys. Lett. 94, 092902 (2009).