D] K ¡ “ Ó Þu œ ” Ö «Y c l0 n É® Žz º < g º” X ¢ Ž Õ ÛT Y 8 Èc Ü R Na 0.5 Bi 4.5 Ti 4 O 15 U c lT c l8 ý  ¹ ÅM X ì Ä V R

×

D] K ¡ “ Ó Þu œ  ” Ö «Y c l0 n É® Žz º < g º” X ¢  
Ž Õ ÛT  Y 8 Èc Ü R Na ^0.5 Bi 4.5 Ti 4 O 15 U c lT c l8 ý  ¹ ÅM X ì Ä V R

Ëù m Ç

™ » . > 4 w H · | ¡î m g ` @ ·  ™ »„ ç ¡¬ £

‚

½ Ó" é ¶ @ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ , ‚ ½ Ó" é ¶ 541-733

(2010¸   1 Z 4 28{ 9  ~ à Î6 £ §, 2010¸   3 Z 4 2{ 9  à º& ñ ‘ : r ~ à Î6 £ §, 2010¸   5 Z 4 11{ 9  > F  S X ‰& ñ )

í 

H Ã ºô  Ç Na

Bi

Ti

O

(NaBTi) ~ à Ì} Œ •õ   
´ o u s  ' ‘   ) a Na

Bi

Ti

V

O

(NaBTiV- x, x=0.01, 0.03 Õ ªo “ ¦ 0.05) ~ à Ì} Œ •`  ¦  o† < Æ 6   xÓ  o 7 £ x ‚ à ÌZ O Ü ¼– Ð Pt(111)/Ti/SiO

/Si(100) l ó ø Í 0 A\  $ í  © œ r

&   
´ o u ' ‘ | ¾ Ó\    É r ~ à Ì} Œ •_  p [ j½ ¨› ¸ü < „  l & h  : £ ¤$ í `  ¦ 8 £ ¤& ñ , q “ § ì  r$ 3  % i  . $ í  © œ  ) a NaBTi x 9

 NaBTiV-x ~ à Ì} Œ •[ þ t“ É r   & ñ  o\  ¦ 0 AK  750

C _  í ß –™ è ì  r 0 Al \ " f RTAZ O Ü ¼– Ð \ P % ƒo  % i Ü ¼ 9 ~ Ã Ì }

Œ

•_    & ñ  o  © œI ü < p [ j½ ¨› ¸  H XRD, SEM 8 £ ¤& ñ   õ – РÒ'  · ú ˜  ˜ Ѐ Œ ¤ .  
´ o u s  ' ‘   ) a ~ à Ì} Œ • s

  H ï ß –À Ó ì  rF G õ   Œ •“ É r † ½ ӄ  l  © œ x 9  ¾ º[ O  „  À Ó, a % ~“ É r x – Ð : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ð% i   H X <  
´ o u s  x=0.01 ' ‘ 

 )

a NaBTiV-0.01 ~ à Ì} Œ •“ É r ü @Â Ò „  l  © œ 648 kV/cm{ 9  M : ï ß –À Ó ì  rF G(2P

) õ  † ½ ӄ  l  © œ(2E

)“ É r y Œ •y Œ • 61 µC/cm

, 311 kV/cm s % 3 “ ¦ ü @Â Ò „  l  © œ 100 kV/cm{ 9  M : ¾ º[ O „  À Ó x 9 • ¸  H 2.4×10

A/cm

s % 3 Ü ¼ 9 4.44×10

 t  x – Ð ‰ & ³ © œ`  ¦ ˜ Ðs t  · ú §€ Œ ¤ . s  Qô  Ç : £ ¤$ í † ¾ Ó © œ“ É r  
´ o u`  ¦ ' ‘  % i `  ¦ M : ~ à Ì} Œ • ? / í

ß –™ è ‘   o _  à º y Œ ™™ è “ ¦ í ß –™ è ‘   o _  s 1 l x • ¸ €  • o  ) a  כ \  l “  ô  Ç  כ Ü ¼– Ð ó ø Íé ß –  ) a  .

Ù þ

˜d ” # Q: Na

Bi

Ti

O

~ à Ì} Œ •,  o† < Æ 6   xÓ  o 7 £ x ‚ à ÌZ O , „  l & h  $ í | 9 

Effects of V-doping on the Electrical Properties of Na _0.5 Bi _4.5 Ti ₄ O ₁₅ Thin Films Prepared by Using Chemical Solution Deposition

Jin Won Kim · Dal Hyun Do · Sang Su Kim ^∗

Department of Physics, Changwon National University, Changwon 641-773 (Received 28 January, 2010 : revised 2 March, 2010 : accepted 11 May, 2010)

Ferroelectric thin films have been extensively investigated for integrated device applications, such as nonvolatile ferroelectric random access memories, microelectromechanical systems, tunable mi- crowave devices, integrated optical modulators, and infrared sensors. Bismuth-layer-structured fer- roelectrics belonging to the Aurivillus family, denoted by (Bi

O

)

(A

B

O

)

, where m=1, 2, 3, 4, 5, etc., have been considered to be promising materials. The ferroelectric Na

Bi

Ti

O

(NaBTi) thin film, an Aurivillius family with m=4, is not fully understood yet. Especially, there are almost no reports regarding the properties of NaBTi thin films. Pure Na

Bi

Ti

O

(NaBTi) and V-doped Na

Bi

Ti

V

O

(NaBTiV-x, x=0.01, 0.03 and 0.05) thin films were prepared by using a chemical solution deposition. For all samples, a layered perovskite structure with a single phase and with a good crystalline structure was observed in the X-ray diffraction (XRD) patterns, and the surface was composed of fine grains without cracks in the SEM results. The NaBTiV-0.01 thin film exhibited a better saturated hysteresis loop than the NaBTi thin film. For the NaBTiV-0.01 thin film, the remnant polarization (2P

) was 61 µC/cm

at

-532-

\

 ¦ 0 AK " f t F K  t  à º´ ú §“ É r y © œÄ »„  ^ ‰ Ó ü t| 9 [ þ t s  ƒ  ½ ¨÷ &

% 3

  H X < Õ ª ×  æ \ " f # Œ Q › ¸$ í _  Pb(Zr x Ti 1−x )O 3 (PZT)

~ Ã

Ì} Œ •s   © œ ; Ÿ ¤ V , >  ƒ  ½ ¨÷ &% 3   [1]. PZT  H  H ï ß –À Ó ì  r F G (2P r ) (20 ð 70 µC/cm ² ) õ  ± ú “ É r / B N& ñ “ : r • ¸ (ð 500 ^o C) 1

p

x ´ ú §“ É r  © œ& h `  ¦ ° ú t ë ß – F K5 Å q „  F G`  ¦ æ ¼  H  â Ä º\   Å Ò d ”  y

Œ

•ô  Ç x – Ð ‰ & ³ © œ`  ¦ ˜ Г   . s  ë  H ] j\  ¦ K    l  0 Aô  Ç ƒ  

½

¨ ´ ú §s  ”  ' Ÿ ÷ &% 3   H X < í ß – oÓ ü t „  F G(RuO 2 , IrO 2 1 p x)`  ¦



6   x €   x – Ð ‰ & ³ © œ`  ¦ ×  ¦{ 9  à º  H e ” t ë ß – ¾ º[ O  „  À Ó &  t

“ ¦ / B N& ñ s  4 Ÿ ¤ ¸ ú šK t  9 ] j› ¸q  Z þ t # Qè ß –  [1, 2]. ¢ ¸ PZT \  Ô  ¦í  HÓ ü t`  ¦ ' ‘  # Œ K     9  H ƒ  ½ ¨• ¸ ”  ' Ÿ ÷ &% 3 



 [1]. Õ ª Q
 PZT_   © œ  H ë  H ] j  H ¨ 8 Š â Ä »K  Ó ü t| 9 

“

  ± ú š(Pb)`  ¦ † < ÊÄ » “ ¦ e ”    H  כ s  9 s \  ¦ @ /^ ‰½ + É Ó ü t| 9  _

 > hµ 1 Ïs  ì ø Í× ¼r  € 9 כ ¹  .

‰

&

³F , PZT\  ¦ @ /^ ‰½ + É Ó ü t| 9 – Ð „ à Ì Z 4ô  Ç x – Ð : £ ¤$ í `  ¦ t  9 ì  rF G ì ø ̈́  \  @ /K " f  Ø Ô>  6 £ x ² ú š   H $ í | 9 `  ¦ ° ú   H q 

± ú

š>  q Û ¼Á ºÛ ¼ 8 £ x ½ ¨› ¸ y © œÄ »„  ^ ‰\  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨  Å Ò  Ö ¸ µ

1 Ï >  ”  ' Ÿ ÷ &“ ¦ e ”   [3,4]. q Û ¼Á ºÛ ¼ 8 £ x ½ ¨› ¸ y © œÄ »„  ^ ‰ _

 { 9 ì ø Íd ” “ É r (Bi 2 O ₂ ) ²⁺ (A _m−1 B _m O _3m+1 ) ²⁻ s  9 s M : A-



o   H Bi ³⁺ , Sr ²⁺ , K ⁺ , Na ⁺ 1 p x 1, 2, 3  s “ : r s , B- o 



 H Ti ⁴⁺ , Ta ⁵⁺ , Nb ⁵⁺ , W ⁶⁺ 1 p x 4, 5, 6  s “ : r s  t  “ ¦ m“ É r 8 £ x ½ ¨› ¸ ? / Bi 2 O ₂ 8 £ x  s \  e ”   H BO 6 ¼ 1 π  ^ ‰_  à º s

  (m=1, 2, 3, 4, 5, 6) [4]. s  Qô  Ç q Û ¼Á ºÛ ¼ 8 £ x ½ ¨› ¸ y © œ Ä

»„  ^ ‰ Ó ü t| 9 \   H Bi 2 MoO ₆ (m=1), SrBi ₂ Ta ₂ O ₉ (m=2), Bi 4 Ti 3 O 12 (m=3), SrBi 4 Ti 4 O 15 (m=4), Sr 2 Bi 4 Ti 5 O 18

(m=5), Sr 3 Bi 4 Ti 6 O 21 (m=6) 1 p x s  e ”  .

s

 î  r X < SrBi 2 Ta ₂ O ₉ “ É r F K5 Å q „  F G`  ¦  6   x   H  â Ä

º\ • ¸ B Ä º a % ~“ É r x – Ð : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ðs t ë ß –  Œ •“ É r ï ß –À Ó ì  r F G (2P r ) (4 ð 16 µC/cm ² ) õ  Z  }“ É r / B N& ñ “ : r • ¸ (750 ð 850 ^o C) 1 p x _  é ß –& h s  e ”   [5,6]. Bi ⁴ Ti 3 O 12 (BIT) • ¸ Ä » }

© œô  Ç @ /^ ‰ Ó ü t| 9  ×  æ _  
“  X < BIT  H / B N& ñ “ : r • ¸ ( 600 ^o C)

 q “ §& h  ± ú “ ¦ » ¡ ¤ ~ ½ ӆ ¾ Ó\     y © œô  Ç q 1 p x ~ ½ Ó$ í `  ¦ ˜ Ðs   H

 H Ÿ í o ì  rF G (a-» ¡ ¤; ð50 µC/cm ² , c-» ¡ ¤; ð4 µC/cm ² )`  ¦

t  9 Ç ©o  “ : r • ¸ (Tc = 675 ^o C )  Z  }  . Õ ª Q
 BIT

∗

E-mail: [email protected]

 

& ñ s  ü @Â Ò „  l  © œ 60 kV/cm{ 9  M : 58 µC/cm ² _  ï ß –À Ó ì

 rF G (2P r )`  ¦ ° ú   H  “ ¦ ˜ Г ¦ % i   [8]. SBTi  H Ç ©o  “ : r

•

¸(Tc = 520 ^o C)  q “ §& h  Z  }   6 £ x6   x 0 p x ô  Ç “ : r • ¸ # 3 0 A

 V , “ ¦ BIT ˜ Ð  a % ~“ É r x – Ð : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ðs 
 ~ à Ì} Œ •\ " f  H ï

ß –À Ó ì  rF G (2P r ) s  6.2 ð 14.4 µC/cm ² Ü ¼– Ð  Œ •  [9,10].

‘

: r ƒ  ½ ¨ @ / © œ Ó ü t| 9 “   Na _0.5 Bi _4.5 Ti ₄ O ₁₅ (NaBTi)  H SrBi 4 Ti 4 O 15 ü < q 5 p w ô  Ç ½ ¨› ¸\  ¦ ° ú   H „  + þ A& h “   q Û ¼Á ºÛ ¼ 8

£

x ½ ¨› ¸ y © œÄ »„  ^ ‰ Ó ü t| 9 – Ð A- o \  Na ⁺ ü < Bi ³⁺ s “ : r s

, B- o \   H Ti ⁴⁺ s “ : r s  0 Au   9 m=4“   y © œÄ »„  ^ ‰ s

 . þ j   H, s  Ó ü t| 9 \  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨ F G y  { 9  Ò\ " f r  Œ •

÷

&% 3   H X < NaBTi  H Ç ©o  “ : r • ¸ 650 ^o C s  9 [ j b ”  r « Ñ

\

" f ü @Â Ò „  l  © œ 140 kV/cm{ 9  M : ï ß –À Ó ì  rF G (2P r ) s  21 µC/cm ² s   [11,12]. Õ ª Q
 NaBTi ~ à Ì} Œ •\  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨



 H  _  s À Ò# Q4 Re ” t  · ú § . t F K  t  q Û ¼Á ºÛ ¼ 8 £ x ½ ¨› ¸ y

© œÄ »„  ^ ‰_  : £ ¤$ í `  ¦ † ¾ Ó © œr v l  0 Aô  Ç # Œ Q t  ~ ½ Óî ß –s  ]

jî ß –÷ &% 3   H X < Ô  ¦í  HÓ ü t`  ¦ ' ‘    H ~ ½ ÓZ O (substitution ¢ ¸



 H doping) õ  “ ¦6   x ^ ‰(solid-solution)\  ¦ ë ß –× ¼  H ~ ½ ÓZ O ,   8

£

x ~ à Ì} Œ •`  ¦ ë ß –× ¼  H ~ ½ ÓZ O (multi-layer), ½ ¨$ í $ í ì  r`  ¦    o r

v   H ~ ½ ÓZ O ,   & ñ w n _  ~ ½ ӆ ¾ Ós 
 ß ¼l \  ¦ › ¸] X    H ~ ½ ÓZ O , Ç

©o  “ : r • ¸\  ¦ › ¸] X    H ~ ½ ÓZ O  1 p x s   [13]. s  ×  æ  © œ ´ ú § s

 ƒ  ½ ¨÷ &“ ¦ e ”   H ~ ½ ÓZ O s  A- o  ¢ ¸  HB-  o \  ¦ { 9 Â Ò  

 É

r Ó ü t| 9 – Ð u  ¨ 8 Š  
 A-, B- o \  ¦ 1 l x r \  u  ¨ 8 Š † < ÊÜ ¼– Ð +

‹ : £ ¤$ í `  ¦ † ¾ Ó © œr v   H  כ s   [2,5–7,13–17].

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H Na 0.5 Bi _4.5 Ti ₄ O ₁₅ (NaBTi) _  : £ ¤$ í † ¾ Ó © œ

`

 ¦ 0 AK " f  
´ o u`  ¦ ' ‘ ô  Ç Na 0.5 Bi _4.5−x/3 Ti 4−x V x O 15

(NaBTiV-x, x=0.01, 0.03, Õ ªo “ ¦ 0.05) ~ à Ì} Œ •`  ¦  o† < Æ 6   x Ó 

o 7 £ x ‚ à ÌZ O Ü ¼– Ð ] j› ¸ “ ¦  
´ o u ' ‘ | ¾ Ó\    É r ~ à Ì} Œ •_  p

[ j½ ¨› ¸ü < „  l & h  : £ ¤$ í `  ¦ 8 £ ¤& ñ , q “ § ì  r$ 3  % i  .

II. ÷ m Ç] M ö U ê s0 n É



o† < Æ 6   xÓ  o 7 £ x ‚ à ÌZ O Ü ¼– Ð Pt(111)/Ti/SiO ² /Si(100) l ó ø Í 0

A\  í  H à ºô  Ç Na _0.5 Bi _4.5 Ti ₄ O ₁₅ (NaBTi) ~ à Ì} Œ •õ   
´ o u s  '

‘   ) a Na 0.5 Bi 4.5−x/3 Ti 4−x V x O 15 (NaBTiV-x, x=0.01,

Fig. 1. X-ray diffraction patterns of the Na _0.5 Bi _4.5−x/3 Ti _4−x V _x O ₁₅ (x = 0.00, 0.01, 0.03, and 0.05) thin films.

0.03, Õ ªo “ ¦ 0.05) ~ à Ì} Œ •`  ¦ $ í  © œr (   . ~ à Ì} Œ •`  ¦ ] j› ¸

l  0 Aô  Ç Ø  ¦ µ 1 Ï Ó ü t| 9 – Ѝ  H ™ è´ o u | 9 í ß –% i  [NaNO ₃ ] õ  q  Û

¼Á ºÛ ¼ | 9 í ß –% i  [Bi(NO 3 ) 3 ·5H 2 O], w  ³ o u s ™ è á Ԗ Ð; Ÿ ¤



s × ¼ [Ti(OC ³ H 7 )] Õ ªo “ ¦  
´ o u 6 Ÿ ¤ r  à Ôo  á Ԗ Ð

;

Ÿ

¤  s × ¼ [VO(OC 3 H ₇ ) ₃ ]\  ¦  6   x % i “ ¦ 6   x B – Ѝ  H 2- B j :

Ÿ

¤ r  \ ò ø Í`  ¦ [CH 3 OCH ₂ CH ₂ OH] (2-MOE) õ   [ jh Ë : í

ß – [CH ³ CO 2 H]`  ¦  6   x % i  . ¢ ¸ F K5 Å q · ú ˜9  q  s × ¼_  î

ß –& ñ  o\  ¦ 0 Aô  Ç ~  ´Y Us h A \ s „  à Ԗ Ð  [ j 9   [ j— : r [CH ₃ COCH ₂ COCH ₃ ]`  ¦ ' ‘  % i  . 40 ^o C _  2-MOE 6   x Ó 

o\  ™ è´ o u | 9 í ß –% i `  ¦ V , “ ¦ 30ì  r & ñ • ¸ “ §ì ø Íô  Ç Ê ê  [ jh Ë : í

ß –`  ¦ ' ‘  # Œ 30ì  r & ñ • ¸  8 “ §ì ø Í % i  . # Œl \  q Û ¼ Á

ºÛ ¼ | 9 í ß –% i `  ¦ V , “ ¦ 1r ç ß – 30ì  r 1 l x î ß – “ §ì ø Í # Œ ™ è´ o u- q  Û

¼Á ºÛ ¼ 6   xÓ  o`  ¦ ] j› ¸ % i  . ô  Ǽ # , w  ³ o u-  
´ o u 6   xÓ  o“ É r

| 9

™ è ì  r 0 Al _  / å J – ÐÚ Ô ~ à ÌÛ ¼\ " f ] j› ¸ % i   H X <,  © œ“ : r \ 

"

f 2-MOEü <  [ j 9   [ j— : r`  ¦ [ O # Q 30ì  r 1 l x î ß – “ §ì ø Íô  Ç 6   x Ó 

o\  w  ³ o u s ™ è á Ԗ Ð; Ÿ ¤  s × ¼ü <  
´ o u 6 Ÿ ¤ r  à Ôo  á Ô

–

Ð; Ÿ ¤  s × ¼\  ¦ V , “ ¦ 1r ç ß – 30ì  r 1 l x î ß – “ §ì ø Í % i  . s X O >  ë

ß –Ž  H w  ³ o u-  
´ o u 6   xÓ  o`  ¦ “ §ì ø Í×  æ“   ™ è´ o u- q Û ¼Á ºÛ ¼ 6   x Ó 

o\  …  ;…  ;y  b  # Qä ¼ 9 3r ç ß – 1 l x î ß – “ §ì ø Í # Œ 0.1 M 0 l x • ¸ _

 ~ à Ì} Œ • ] j› ¸6   x 6   xÓ  o`  ¦ ] j› ¸ % i  . ] j› ¸ô  Ç 6   xÓ  o`  ¦ s 6   x ô

 Ç Û ¼— 2 ;  ïh A“ É r 3500 rpm \ " f 25œ í 1 l x î ß –  ïh A % i   H X <

s

 ~ à Ì} Œ •“ É r / B N l  ×  æ \ " f 5ì  r, 200, 350 ^o C _  \ P ó ø Í 0 A\ " f y

Œ

•y Œ • 5ì  r 1 l x î ß – | › ¸ # Œ Ä »l Ó ü t`  ¦ 7 £ x µ 1 Ïr (  “ ¦ s  õ & ñ `  ¦ 15  r ì ø Í4 Ÿ ¤ % i  . s X O >  ] j› ¸  ) a ~ à Ì} Œ •“ É r / å L5 Å q \ P % ƒo   © œ u

(RTA)\  ¦ s 6   x # Œ 500 ^o C _  í ß –™ è ì  r 0 Al \ " f 3ì  r 1 l x î ß –

\ P

% ƒo  % i Ü ¼ 9   & ñ  o\  ¦ 0 Aô  Ç \ P % ƒo   H RTA\  ¦ s 6   x 

#

Œ 750 ^o C _  í ß –™ è ì  r 0 Al \ " f 3ì  r 1 l x î ß – r ' Ÿ  % i  . ~ à Ì} Œ • _

   & ñ  oü < ³ ð€    © œI , ¿ ºa  1 p x`  ¦ › ' a ¹ 1 Ï l  0 AK " f x-‚  



r] X  © œu  (XRD, Philips, X’pert MPD 3040 system)ü < Å Ò



 „    ‰ & ³p  â (SEM, Tescan, MIRA II LMH)`  ¦  6   x 

Fig. 2. Surface morphologies of the Na 0.5 Bi 4.5−x/3 Ti 4−x V x O 15 thin films for (a) x=0.00, (b) x=0.01, (c) x=0.03, and (d) x=0.05.

%

i  . ¢ ¸ ~ à Ì} Œ •_  „  l & h  : £ ¤$ í `  ¦ 8 £ ¤& ñ l  0 A # Œ s “ : r Û ¼ (

' a A Z O Ü ¼– Ð 1.54×10 ⁻⁴ cm ² _  €  & h Ü ¼– Ð Ñ þ ˜F K(Pt) „   F

G`  ¦ 7 £ x ‚ à Ìr &  ¨ î ' Ÿ ó ø Í » ¡ ¤„  l \  ¦ ë ß –[ þ t% 3  . s  » ¡ ¤„  l _ 

„

 l & h  : £ ¤$ í “ É r y © œÄ »„  $ í _ …Û ¼'  (Radiant Technologies Inc., Precision LC) ü < p ™ è „  À Ó>  (Keithley, 6517A)\  ¦ s

6   x # Œ 8 £ ¤& ñ % i  .

III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

í

 H Ã ºô  Ç Na 0.5 Bi 4.5 Ti 4 O 15 (NaBTi) ü <  
´ o u s  ' ‘   ) a Na _0.5 Bi _4.5−x/3 Ti _4−x V _x O ₁₅ (NaBTiV-x, x=0.01, 0.03 Õ ª o

“ ¦ 0.05) ~ à Ì} Œ •_    & ñ  o  © œI \  ¦ XRD ì  r$ 3 Ü ¼– РÒ'  S X ‰

“

  % i  . XRD 8 £ ¤& ñ \ " f  H Cu K± 4 Ÿ ¤   x-‚   (»=1.5406

˚ A, 40 kV, 30 mA)`  ¦  6   x % i Ü ¼ 9 0.02 ^◦ /step _  Ö  ¦ õ  0.4 s/step 5 Å q • ¸– Ð 2θ % ò % i  20 ^◦  Ò'  50 ^◦  t  θ-2θ Û ¼ ± p

% i  . Fig. 1“ É r 750 ^o C _  í ß –™ è ì  r 0 Al \ " f \ P % ƒo   ) a í  H Ã

ºô  Ç NaBTi ü <  
´ o u s  ' ‘   ) a NaBTiV-x ~ à Ì} Œ • r « Ñ_  XRD 8 £ ¤& ñ   õ s  . Õ ªa Ë >`  ¦ ˜ Ѐ   — ¸Ž  H r « Ñ_   â Ä º\  è  H

\

 ` (  H s   © œs  µ 1 Ï| ÷ &t  · ú §€ Œ ¤Ü ¼ 9 1 l x{ 9 ô  Ç   & ñ ½ ¨› ¸

\

 ¦ f ” `  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” % 3   H X < s   H  
´ o u _  s “ : r ì ø Ít  2

£ §(0.059 nm) s  w  ³ o u _  s “ : r ì ø Ít 2 £ §(0.0605 nm) õ  B  Ä

º Ä » † < ÊÜ ¼– Ð “  K    & ñ ½ ¨› ¸\     o\  ¦ Å Òt  · ú §“ É r   õ 

–

Ð ó ø Íé ß –  ) a  .

Figure 2  H í  H à ºô  Ç NaBTi ü <  
´ o u s  ' ‘ l   ) a NaBTiV-x (x=0.01, 0.03, Õ ªo “ ¦ 0.05) ~ à Ì} Œ • r « Ñ_  ³ ð

€

  p [ j½ ¨› ¸  ”  Ü ¼– Ð 20 kV_  5 Å q „  · ú š\ " f 8 £ ¤& ñ % i 



. Õ ªa Ë >`  ¦ ˜ Ѐ    
´ o u _  ' ‘ | ¾ Ó\     y Œ • ~ à Ì} Œ • r « Ñ _

 ³ ð€   p [ j½ ¨› ¸ ß ¼>     o “ ¦ e ” 6 £ §`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” 

Fig. 3. Polarization-electric field hysteresis loops of the Na 0.5 Bi 4.5−x/3 Ti 4−x V x O 15 (x = 0.00, 0.01, 0.03, and 0.05) thin films. The inset is dependence of 2P r and 2E _c on the V doping content x.



 H X < í  H Ã ºô  Ç NaBTiü <  
´ o u s  ' ‘ l   ) a NaBTiV-0.01, NaBTiV-0.03, NaBTiV-0.05 r « Ñ_  z Œ —· ú ˜ ß ¼l  110, 180, 210, 350 nm – Ð  
´ o u _  ' ‘ | ¾ Ó\     7 £ x  % i 



. z Œ —· ú ˜_  ß ¼l  q Û ¼Á ºÛ ¼ 8 £ x ½ ¨› ¸ y © œÄ »„  ^ ‰_  : £ ¤$ í

\

  H % ò † ¾ Ó`  ¦ ï  r  “ ¦ · ú ˜ 94 R e ” # Q [12] s – РÒ'   
´ o u

`

 ¦ ' ‘ ô  Ç NaBTiV-x ~ à Ì} Œ • r « Ñ_  y © œÄ »„   : £ ¤$ í s  í  H à º ô

 ÇNaBTi ~ à Ì} Œ • r « Ñ\  q K  † ¾ Ó © œ | ¨ c  כ s   \ V © œ  ) a  . ¢ ¸

~ Ã

Ì} Œ •_  é ß –€    ”  Ü ¼– РÒ'  — ¸Ž  H ~ à Ì} Œ • r « Ñ_  ¿ ºa   H €  • 230 nm e ” `  ¦ S X ‰ “   % i  .




´ o u ' ‘ \    É r y © œÄ »„   : £ ¤$ í `  ¦ · ú ˜ ˜ Ðl  0 AK " f

„

 l  © œ\  @ /ô  Ç „  l  ì  rF G (P-E) s § 4 / B G‚  `  ¦ 1.25 kHz  Œ ™ y

Œ

• „  · ú š ` O Û ¼– Ð 8 £ ¤& ñ % i Ü ¼ 9 Õ ª   õ \  ¦ Fig. 3 \ 
 ? /

%

3  . Õ ªa Ë >`  ¦ ˜ Ѐ    
´ o u s  ' ‘   ) a NaBTiV-x(x=0.01, 0.03 Õ ªo “ ¦ 0.05) r « Ñ í  H à ºô  Ç NaBTi ~ à Ì} Œ • r « Ñ\  q  K

  H „  l  © œ\ " f• ¸ ] X ƒ    õ  ‰ & ³ © œs  { 9 # Q
t  · ú §€ Œ ¤  H X

< s  ] X ƒ    õ  „  · ú š“ É r í ß –™ è ‘   o ü < › ' a >  e ”  “ ¦

· ú

˜ 94 R e ”   [16]. ¢ ¸ Fig. 3_   Œ •“ É r Õ ªa Ë >“ É r ü @Â Ò „   l

 © œ 475 kV/cm{ 9  M :  
´ o u ' ‘ | ¾ Ó\    É r ~ à Ì} Œ • r « Ñ [

þ

t _  ï ß –À Ó ì  rF G (2P r ) õ  † ½ ӄ  l  © œ (2E ^c ) _     o\  ¦
 



· p  כ s  . í  H à ºô  Ç NaBTi ~ à Ì} Œ •_  2P ^r õ  2E ^c  y Œ •y Œ • 13 µC/cm ² , 305 kV/cm “  X < q K   
´ o u`  ¦ x=0.01, 0.03 Õ ª o

“ ¦ 0.05 ' ‘ ô  Ç  â Ä º\   H y Œ •y Œ • 52 µC/cm ² , 260 kV/cm, 45 µC/cm ² , 196 kV/cm, Õ ªo “ ¦ 26 µC/cm ² , 205 kV/cm

–

Ð  
´ o u s  ' ‘   ) a ~ à Ì} Œ • r « Ñ_  2E c ° ú כs  í  H à ºô  Ç ~ à Ì} Œ • r

« Ñ\  q K " f  Œ • & ’ Ü ¼ 9  
´ o u s  ' ‘   ) a r « Ñ_  2P r

° ú

כs  7 £ x  % i 6 £ §`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” % 3  .  
´ o u ' ‘ \   

 É

r s    : £ ¤$ í † ¾ Ó © œ“ É r q 5 p w ô  Ç ½ ¨› ¸\  ¦ ° ú   H SrBi 4 Ti 4 O 15

~ Ã

Ì} Œ •\ " f % 3 “ É r   õ ü < { 9 u ô  Ç  [17].

Figure 4  H P −E s § 4  / B G‚   8 £ ¤& ñ   õ – РÒ'  > í ß –ô  Ç í  H Ã

ºô  Ç NaBTiü <  
´ o u s  ' ‘   ) a NaBTiV-x(x=0.01, 0.03,

Fig. 4. Electric field dependence of (a) remnant po- larization (2P _r ) and (b) coercive field (2E _c ) of the Na _0.5 Bi _4.5−x/3 Ti _4−x V _x O ₁₅ (x = 0.00, 0.01, 0.03, and 0.05) thin film capacitors.

Õ

ªo “ ¦ 0.05) ~ à Ì} Œ • r « Ñ[ þ t _  „  l  © œ\    É r 2P r õ  2E c _ 



  o\  ¦
  · p  כ s  . Õ ªa Ë >`  ¦ ˜ Ѐ   2P r õ  2E ^c   H ü @Â Ò „   l

 © œ\     7 £ x  # Œ ü @Â Ò „  l  © œs  300 kV/cm{ 9  M :Â Ò '

 Ÿ í o÷ &  H  ⠆ ¾ Ó`  ¦ ˜ Г   . ü @Â Ò „  l  © œs  648 kV/cm{ 9  M

: NaBTiV-0.01 ~ à Ì} Œ • r « Ñ_  2P r s  61 µC/cm ² – Ð  © œ

 H ° ú כ`  ¦ ˜ Ð% i Ü ¼ 9 NaBTiV-0.03, NaBTiV-0.05 ~ à Ì} Œ • r 

«

Ñ_   â Ä º y Œ •y Œ • 50, 29 µC/cm ² s % 3  . ° ú  “ É r „  l  © œ{ 9  M

: NaBTiV-0.01, NaBTiV-0.03, NaBTiV-0.05 ~ à Ì} Œ • r « Ñ _

 2E c   H y Œ •y Œ • 311, 210, 230 kV/cms % 3  . s    õ   H




´ o u s  ' ‘   ) a SrBi 4 Ti 4 O 15 [ j b ” \  @ /ô  Ç z  ´+ « >   õ  ü

< { 9 u    H  ⠆ ¾ Ós   [16].

t

F K  t P −E s § 4 / B G‚   8 £ ¤& ñ Ü ¼– РÒ'   
´ o u s  ' ‘ 

 )

a ~ à Ì} Œ • r « Ñ_  y © œÄ »„   : £ ¤$ í s  † ¾ Ó © œ÷ &% 3 6 £ §`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ”

% 3 Ü ¼ 9 s \      
´ o u s  ' ‘   ) a ~ à Ì} Œ • r « Ñ_  ¾ º[ O 

„

 À Ó  Œ •`  ¦  כ s   \ V © œ  ) a  . Fig. 5  H í  H à ºô  Ç NaBTiü <




´ o u s  ' ‘   ) a NaBTiV-x(x=0.01, 0.03, Õ ªo “ ¦ 0.05)

~ Ã

Ì} Œ • r « Ñ\  @ /ô  Ç ü @Â Ò „  l  © œ\    É r ¾ º[ O  „  À Ó x 9 • ¸_ 



  o\  ¦ Õ ª 2 ;  כ s  . K ”   ü @Â Ò „  l  © œs  100 kV/cm{ 9  M

: í  H Ã ºô  Ç NaBTiü <  
´ o u s  ' ‘   ) a NaBTiV-x(x=0.01, 0.03, Õ ªo “ ¦ 0.05) ~ à Ì} Œ • r « Ñ_  ¾ º[ O  „  À Ó x 9 • ¸  H y Œ •y Œ • 7.8×10 ⁻⁶ , 2.4×10 ⁻⁷ , 1.3×10 ⁻⁶ , 3.8×10 ⁻⁶ A/cm ² Ü ¼– Ð




´ o u s  ' ‘ ÷ &% 3 `  ¦ M : ¾ º[ O  „  À Ó x 9 • ¸ % i r  y Œ ™™ è† < Ê`  ¦

Fig. 5. Leakage current densities of the Na _0.5 Bi _4.5−x/3 Ti _4−x V _x O ₁₅ (x = 0.00, 0.01, 0.03, and 0.05) thin films.

S X

‰ “  ½ + É Ã º e ” % 3 Ü ¼ 9 · ú ¡\ " f ƒ  / å LÙ þ ¡~   P-E s § 4  / B G‚   8 £ ¤

&

ñ   õ ü < { 9 u    H   õ \  ¦ ˜ Ð% i  .

Figure 6“ É r í  H à ºô  Ç NaBTi ü <  
´ o u s  ' ‘   ) a NaBTiV-x(x=0.01, 0.03, Õ ªo “ ¦ 0.05) ~ à Ì} Œ • r « Ñ_  ì  r F

G „  ¨ 8 Š S   à º (switching cycle)\    É r ì  rF G ° ú כ_     o\  ¦

  · p   õ s  9 Õ ªa Ë >\ " f ^  ¦ à º e ” 1 p w s   
´ o u s  ' ‘ 

 )

a ~ à Ì} Œ • r « э  H 4.44×10 ⁸  t  x – Ð ‰ & ³ © œs   _ 
 
 t

 · ú §6 £ §`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” % 3  .

s

 © œ\ " f S X ‰ “   % i 1 p w s  NaBTi_  Ti ⁴⁺ s “ : r { 9  Ò

\

 ¦ V ⁵⁺ Å Ò> h(donor) s “ : r Ü ¼– Ð u  ¨ 8 Š % i `  ¦ M : í  H à ºô  Ç NaBTi \  q K  ï ß –À Ó ì  rF G s  & t “ ¦ † ½ ӄ  l  © œõ  ¾ º[ O  „   À

Ó ° ú כs   Œ • t  9 a % ~“ É r x – Ð : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ð% i  .

{ 9

ì ø Í& h Ü ¼– Ð q Û ¼Á ºÛ ¼ 8 £ x ½ ¨› ¸ y © œÄ »„  ^ ‰_  A-site s “ : r { 9

 Ò\  ¦ La ³⁺ , Nd ³⁺ , Sm ³⁺ s “ : r 1 p x Ü ¼– Ð u  ¨ 8 Š  
 B- site s “ : r { 9  Ò\  ¦ V ⁵⁺ , W ⁶⁺ 1 p x Å Ò> h– Ð u  ¨ 8 Š €   ï ß –À Ó ì  r F

G s  & t  9 † ½ ӄ  l  © œ“ É r A-site s “ : r`  ¦ u  ¨ 8 Š ô  Ç  â Ä º\   H

&

t “ ¦ B-sites “ : r`  ¦ u  ¨ 8 Š €    Œ • ”   “ ¦ · ú ˜ 94 R e ”  .

Õ

ªA " f A-siteü < B-site\  ¦ 1 l x r \  u  ¨ 8 Š # Œ ï ß –À Ó ì  rF G õ 

†

½ ӄ  l  © œ`  ¦ † < Êa  › ¸] X  l • ¸ ô  Ç  [5].

Y >

Y >  ƒ  ½ ¨ [ þ t s  Bi ⁴ Ti 3 O 12 ü < SrBi ⁴ Ti 4 O 15 1 p x q Û ¼Á º Û

¼ 8 £ x ½ ¨› ¸ y © œÄ »„  ^ ‰_  B-site\  e ”   H Ti ⁴⁺ s “ : r { 9  Ò\  ¦ V ⁵⁺ s “ : r Ü ¼– Ð u  ¨ 8 Š # Œ : £ ¤$ í † ¾ Ó © œ`  ¦ S X ‰ “   % i   H X < [16–

19] H. Sun 1 p x“ É r a % ¦- 0 q Z O Ü ¼– Ð $ í  © œr †    
´ o u s  ' ‘ 

 )

a SrBi ₄ Ti ₄ O ₁₅ ~ à Ì} Œ •s  í  H à ºô  Ç SrBi ₄ Ti ₄ O ₁₅ ~ à Ì} Œ • ˜ Ð 

 H ï ß –À Ó ì  rF G (2P r =35.9 µC/cm ² ) õ   Œ •“ É r † ½ ӄ  l  © œ x 9 

¾

º[ O  „  À Ó, a % ~“ É r x – Ð : £ ¤$ í `  ¦ ° ú   H  “ ¦ ˜ Г ¦ % i   [17].

s

 Qô  Ç : £ ¤$ í † ¾ Ó © œ“ É r í ß –™ è ‘   o ü < ° ú  “ É r   † < Êõ  › ' aº  s  e ”

 . B-site\  " é ¶    H Å Ò> h s “ : r s  u  ¨ 8 Š ÷ &# Q [ þ t # Q

š

¸€   „    ˜ Ð © œ\  _ K " f í ß –™ è ‘   o _  Ò q t$ í s  % 3 ] j  ) a



 [17]. # Œ Q z  ´+ « >õ  s  : r > í ß –   õ \  _  €   í ß –™ è ‘  

Fig. 6. Fatigue behavior of the Na 0.5 Bi _4.5−x/3 Ti 4−x V x O 15 (x = 0.00, 0.01, 0.03, and 0.05) thin films.



o   H / B N ç ß – „   % ƒ! 3  ' Ÿ 1 l x  9 y © œô  Ç ½ ¨% i  g 1 O6 £ §(domain pinning)`  ¦ >  ÷ &  H X < [19] s – Ð “  K " f ï ß –À Ó ì  rF G s 



Œ

• t “ ¦ ¾ º[ O  „  À Ó 7 £ x   9 x – Ð ‰ & ³ © œs  Ò q tl >   ) a



. ¢ ¸ V ⁵⁺ (0.059 nm)  Ti ⁴⁺ (0.0605 nm) ˜ Ð  " é ¶  

 ß ¼“ ¦ s “ : r ì ø Ít 2 £ § s   Œ •  ô  Ç/ B M „  l  © œ(local electric field)`  ¦ + þ A$ í >  ÷ &“ ¦   † < Ê_  ‡ © œØ  æ 8 Al (hopping)\  ¦ ~ ½ Ó K

ô  Ç .   " f  
´ o u ' ‘ – Ð NaBTi_  : £ ¤$ í s  † ¾ Ó © œ÷ &



 H  כ “ É r  
´ o u s  ' ‘ ÷ &# Q í ß –™ è ‘   o ü < ° ú  “ É r   † < Ê_  0

l

x • ¸ ×  ¦% 3 “ ¦ í ß –™ è ‘   o _  s 1 l x • ¸(mobility)  Œ • 

&

’ l  M :ë  H s  .

IV. + s Ç Â ] Ø



o† < Æ 6   xÓ  o 7 £ x ‚ à ÌZ O Ü ¼– Ð Pt(111)/Ti/SiO ² /Si(100) l ó ø Í 0

A\  í  H à ºô  Ç Na _0.5 Bi _4.5 Ti ₄ O ₁₅ (NaBTi) ü <  
´ o u s  ' ‘ 

 )

a Na _0.5 Bi _4.5−x/3 Ti _4−x V _x O ₁₅ (NaBTiV-x, x=0.01, 0.03 Õ

ªo “ ¦ 0.05) ~ à Ì} Œ •`  ¦ $ í  © œr &  750 ^o C _  í ß –™ è ì  r 0 Al \ 

"

f \ P % ƒo  % i  .  
´ o u _  ' ‘ | ¾ Ó\     z Œ —· ú ˜_  ß ¼l 

 7 £ x  % i Ü ¼ 9 í  H à ºô  Ç ~ à Ì} Œ •\  q K " f  
´ o u s  ' ‘ 

 )

a ~ à Ì} Œ •s   H ï ß –À Ó ì  rF G õ   Œ •“ É r † ½ ӄ  l  © œ x 9  ¾ º[ O  „   À

Ó, a % ~“ É r x – Ð : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ð% i  .  
´ o u s  x=0.01 ' ‘   ) a NaBTiV-0.01 ~ à Ì} Œ • r « Ñ   É r r « Ñ[ þ t \  q K  a % ~“ É r „   l

& h  : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ð% i   H X < ü @Â Ò „  l  © œ 648 kV/cm{ 9  M : ï ß – À

Ó ì  rF G(2P r ) õ  † ½ ӄ  l  © œ (2E ^c )“ É r y Œ •y Œ • 61 µC/cm ² , 311 kV/cm s % 3 “ ¦ 100 kV/cm_  ü @Â Ò „  l  © œ\  @ /K  ¾ º[ O  „   À

Ó x 9 • ¸  H 2.4×10 ⁻⁷ A/cm ² s % 3 Ü ¼ 9 4.44×10 ⁸  t  x – Ð :

£ ¤$ í `  ¦ ˜ Ðs t  · ú §€ Œ ¤ . s   H  
´ o u _  ' ‘ – Ð “  ô  Ç í ß –™ è

‘

  o  à º_  y Œ ™™ èü < í ß –™ è ‘   o _  s 1 l x • ¸ €  • o– Ð “  ô  Ç

 כ

s   Ò q ty Œ •  ) a  .

[2] S. T. Zhang, Y. F. Chen, J. Wang, G. X. Cheng, Z.

G. Liu and N. B. Ming, Appl. Phys. Lett. 84, 3660 (2004).

[3] Z. G. Gai, J. F. Wang, M. L. Zhao, C. M. Wang, G.

Z. Zang, B. Q. Ming and P. Qi, Appl. Phys. Lett.

89, 012907 (2006).

[4] J. K. Yang, W. S. Kim and H. H. Park, Jpn. J. Appl.

Phys. 39, 7000 (2000).

[5] X. Wang and H. Ishiwara, Appl. Phys. Lett. 82, 2479 (2003).

[6] X. L. Zhong, J. B. Wang, L. Z. Sun, C. B. Tan, X. J.

Zheng and Y. C. Zhou, Appl. Phys. Lett. 90, 012906 (2007).

[7] Z. Ye, M. H. Tang, Y. C. Zhou, X. J. Zheng, C. P.

Cheng, Z. S. Hu and H. P. Hu, Appl. Phys. Lett. 90, 082905 (2007).

[8] H. Irie and M. Miyayama, Appl. Phys. Lett. 79, 251 (2001).

[13] J. S. Zhu, D. Su, X. M. Lu, H. X. Qin, Y. N. Wang, D. Y. Wang, H. L. W. Chan, K. H. Wong and C. L.

Choy, J. Appl. Phys. 92, 5420 (2002).

[14] E. K. Choi, S. S. Kim, J. K. Kim, J. C. Bae, W. -J.

Kim, Y. -I. Lee and T. K. Song, Jpn. J. Appl. Phys.

43, 237 (2004).

[15] H. Sun, X. B. Chen, J. Zhu, J. H. He, Y. F. Qian and H. Fang, J. Sol-Gel Sci. Technol. 43, 125 (2007).

[16] J. Zhu, X. Y. Mao and X. B. Chen, Solid State Comm. 129, 707 (2004).

[17] H. Sun, J. Zhu, H. Fang and X. B. Chen, J. Appl.

Phys. 100, 074102 (2006).

[18] Y. Noguchi and M. Miyayama, Appl. Phys. Lett. 78, 1903 (2001).

[19] Y. Noguchi, I. Miwa, Y. Goshima and M. Miyayama,

Jpn. J. Appl. Phys. 39, L1259 (2000).