Evolution of the crystalline structure in (Bi0.5Na0.5)1-xBaxTiO3 thin films around the Morphotropic Phase Boundary

Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio

Pérez-Mezcua, D.¹  Escobar-Galindo, R.²  Calzada, M. L.²  Jimenez, R.²  Bretos, I.²  Ricote, J.²  Sirera, R.³  Chateigner, D.⁴ 

[1] Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) - Departamento de Química y Edafología, Facultad de Ciencias, Universidad de Navarra. España;Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM). España;Departamento de Química y Edafología, Facultad de Ciencias, Universidad de Navarra. España;Université de Caen Basse-Normandie, Laboratoire de Cristallographie et Sciences des Matériaux (CRISMAT). Francia;

关键词: Thin films;    lead-free ferroelectrics;    morphotropic phase boundary;    Láminas delgadas;    ferroeléctricos sin plomo;    frontera de fase morfotrópica;   

DOI  :  10.3989/cyv.32014

来源: DOAJ

【 摘 要 】

(Bi_0.5Na_0.5)_1-xBa_xTiO₃ (BNBT), which exhibits compositions for the morphotropic phase boundary (MPB) where exist an intimate coexistence of the rhombohedral and tetragonal structures, is being considered as promising lead-free alternative to the well known Pb(Zr_x,Ti_1-x)O₃ (PZT). In this work, BNBT thin films were fabricated by chemical solution deposition (CSD) with a wide range of compositions(x~0.050-0.150) onto Pt/TiO₂/SiO₂/(100)Si substrates. Structural studies by X-ray diffraction (λ_Cu~1.5406 Å) using a four-circle goniometer were carried out to determine the crystalline structure of the films. Rietveld analysis of the experimental X-ray patterns showed different volume fractions of the rhombohedral and tetragonal phases as a function of the Ba²⁺) content and the coexistence of both phases, characteristic of a MPB region, for x∼0.055-0.080. Finally, Rutherford backscattering experiments (RBS) were performed to determine the compositional profile of the films. This study revealed a homogenous composition of the BNBT films with abrupt film/substrate interfaces.

El (Bi_0.5Na_0.5)_1-xBa_xTiO₃ (BNBT), considerado un posible candidato sin plomo para substituir al Pb(Zr_x,Ti_1-x)O₃ (PZT), presenta una frontera de fase morfotrópica donde se da la coexistencia de las estructuras tetragonal y romboédrica. En este trabajo, se han fabricado láminas delgadas de BNBT por depósito químico de disoluciones (CSD) con composiciones comprendidas entre x~ 0.050 y x~ 0.150 sobre substratos de Pt/TiO₂/SiO₂/(100)Si. En dichas láminas se ha llevado a cabo un estudio estructural empleando difracción de rayos X (DRX) (λ_Cu~1.5406 Å) y un goniómetro de cuatro círculos. El análisis Rietveld de los patrones experimentales de DRX mostró: i) diferentes fracciones volumétricas para las fases romboédrica y tetragonal, en función del contenido de Ba²⁺ ii) la coexistencia de ambas estructuras, característico de una región MPB, para composiciones con x∼0.055-0.080. Finalmente, se determinó el perfil composicional de las láminas de BNBT por espectroscopía de retrodispersión Rutherford (RBS). Este estudio demostró que las láminas de BNBT presentan una composición homogénea e intercaras abruptas lámina/substrato.

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