Polarization fatigue in ferroelectric films: Basic experimental findings, phenomenological scenarios, and microscopic features

Journal of Applied Physics

Volumn 90, Issue 3, 2001, Pages 1387-1402

  Tagantsev, A K ^a   Stolichnov, I ^a   Colla, E L ^a   Setter, N ^a  

^a EPFL   (Switzerland)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 0035423490     PISSN: 00218979     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.1381542     Document Type: Article

References (76)

1. O. Auciello, J. F. Scott, and R. Ramesh, Phys. Today 51, 22 (1998).
2. H. Takasu, Integr. Ferroelectr. 14, 1 (1997).
3. S. Bernstein, T. Wong, Y. Kisler, and R. Tustison, J. Mater. Res. 8, 12 (1993).
4. O. Auciello, K. D. Gifford, D. J. Lichtenwalner, R. Dat, H. N. Al-Shareef, K. R. Bellur, and A. Kingon, Integr. Ferroelectr. 6, 173 (1995).
5. J. Cross, M. Fujiki, M. Tsukada, Y. Kotaka, and Y. Goto, Integr. Ferroelectr. 21, 263 (1998).
6. H. Al-Shareef, O. Auciello, and A. Kingon, J. Appl. Phys. 77, 2146 (1994).
7. T. Nakumura, Y. Nakao, A. Kamisawa, and H. Takasu, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 33, 5207 (1994).
8. I. A. Stolichnov, A. K. Tagantsev, N. Setter, J. S. Cross, and M. Tsukada, Appl. Phys. Lett. 74, 3552 (1999).
9. G. J. Norga, L. Fè, D. J. Wouters, and H. E. Maes, Appl. Phys. Lett. 76, 1318 (2000).
10. V. Bornand, S. Trolier-McKinstry, K. Takemura, and C. A. Randall, J. Appl. Phys. 87, 3965 (2000).
11. R. A. Lipeles, B. A. Morgan, and M. S. Leung, Proceedings of the 3rd International Symposium on Integrated Ferroelectrics, ISIF-91, Colorado Springs, CO, 1991, p. 368.
12. I. Yoo and S. Desu, Phys. Status Solidi A 133, 565 (1992).
13. M. Dawber and J. F. Scott, Appl. Phys. Lett. 76, 1060 (2000).
14. T. Mihara, H. Watanahe, and C. A. p. d. Araujo, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 33, 3996 (1994).
15. C. J. Brennan, R. D. Parrella, and D. E. Larsen, Ferroelectrics 151, 33 (1994).
16. E. Paton, M. Brazier, S. Mansour, and A. Bement, Integr. Ferroelectr. 18, 29 (1997).
17. D. J. Taylor, P. K. Larsen, G. J. M. Dormans, and A. E. M. d. Veirman, Integr. Ferroelectr. 7, 123 (1995).
18. C. Pawlaczyk, A. K. Tagantsev, K. Brooks, I. M. Reaney, R. Klissurska, and N. Setter, Integr. Ferroelectr. 8, 293 (1995).
19. F. L. Colla, A. K. Tagantsev, A. L. Kholkin, and N. Setter. Integr. Ferroelectr. 10, 289 (1995).
20. P. K. Larsen, G. J. M. Dormans, D. J. Taylor, and P. J. v. Veldhoven, J. Appl. Phys. 76, 2405 (1994).
21. M. Grossmann, D. Bolten, O. Lohse, U. Boettger, R. Waser, and S. Tiedke, Appl. Phys. Lett. 77, 3830 (2000).
22. R. Ramesh, W. K. Chan, B. Wilkens, T. Sands, J. M. Tarascon, and V. G. Keramidas, Integr. Ferroelectr. 1, 1 (1992).
23. V. Chikarmane, C. Sudhama, J. Kim, J. Lee, A. Tasch, and S. Novak, J. Vac. Sci. Technol. A 10, 1562 (1992).
24. E. L. Colla, D. V. Taylor, A. K. Tagantsev, and N. Setter, Appl. Phys. Lett. 72, 2478 (1998).
25. S. B. Majumder, Y. N. Mohapatra, and D. C. Agrawal, Appl. Phys. Lett. 70, 138 (1997).
26. H. N. Al-Shareef, B. A. Tuttle, W. L. Warren, T. J. Headley, D. Dimos, J. A. Voigt, and R. D. Nasby, J. Appl. Phys. 79, 1013 (1996).
27. J. J. Lee, C. L. Thio, and S. B. Desu, J. Appl. Phys. 78, 5073 (1995).
28. A. K. Tagantsev, Ferroelectrics 184, 79 (1996).
29. G. H. Haertling, Integr. Ferroelectr. 14, 219 (1997).
30. J. F. M. Cillessen, M. W. J. Prins, and R. W. Wolf, J. Appl. Phys. 81, 2777 (1997).
31. J. Zhu, X. Zhang, Y. Zhu, and S. B. Desu, J. Appl. Phys. 83, 1610 (1998).
32. I. Stolichnov, A. Tagantsev, E. Colla, S. Gentil, S. Hiboux, J. Bahorowski, P. Muralt, and N. Setter, J. Appl. Phys. 88, 2154 (2000).
33. E. M. Griswold, M. Sayer, D. T. Amm, and I. D. Calder, Can. J. Phys. 69, 260 (1991).
34. M. Shimizu, H. Fujisawa, and T. Shiosaki, Integr. Ferroelectr. 14, 69 (1997).
35. K. Aoki and Y. Fukuda, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 36, L1195 (1997).
36. D. F. Ryder, Jr. and N. K. Raman, J. Electron. Mater. 21, 971 (1992).
37. W.-I. Lee, J.-K. Lee, I.-S. Chung, C.-W. Chung, and I.-K. Yoo, Patent No. US5625529 (1997).
38. R. D. Klissurska, K. G. Brooks, and N. Setter, Ferroelectrics 225, 171 (1999).
39. I. A. Stolichnov, A. K. Tagantsev, N. Setter, J. S. Cross, and M. Tsukada, Integr. Ferroelectr. 26, 311 (1999).
40. I. A. Stolichnov, A. K. Tagantsev, E. L. Colla, and N. Setter, Appl. Phys. Lett. 73, 1361 (1998).
41. I. Stolichnov, A. Tagantsev, N. Setter, S. Okhonin, P. Fasan, J. S. Cross, and M. Tsukada, J. Appl. Phys. 87, 1925 (2000).
42. J. F. Scott, C. A. P. d. Araujo, B. M. Melnick, L. D. McMillan, and R. Zuleeg, J. Appl. Phys. 70, 382 (1991).
43. C. A. P. d. Araujo, R. Zuleeg, H. Watanabe, A. Carrico, L. D. McMillan, and J. F. Scott, Integr. Ferroelectr. 1, 305 (1992).
44. C. Brennan, Ferroelectrics 150, 199 (1993).
45. D. J. Johnson, D. T. Amm, E. Griswold, K. Sreenivas, G. Yi, and M. Sayer, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 200, 289 (1990).
46. K. Khachaturyan, J. Appl. Phys. 77, 6449 (1995).
47. A. K. Tagantsev, C. Pawlaczyk, K. Brooks, M. Landivar, E. Colla, and N. Setter, Integr. Ferroelectr. 6, 309 (1995).
48. W. L. Warren, D. Dimos, B. A. Tuttle, G. E. Pike, R. W. Schwartz, P. J. Clew, and D. C. McIntyre, J. Appl. Phys. 77, 6695 (1995).
49. E. L. Colla, A. K. Tagantsev, D. V. Taylor, and A. L. Kholkin, Integr. Ferroelectr. 18, 19 (1997).
50. E. L. Colla, A. K. Tagantsev, D. V. Taylor, and A. L. Kholkin, J. Korean Phys. Soc. 32, S1353 (1998).
51. S. L. Miller, R. D. Nasby, J. R. Schwank, M. S. Rogers, and P. V. Dressendorfer, J. Appl. Phys. 68, 6463 (1990).
52. C. J. Brennan, Ferroelectrics 132, 245 (1992).
53. A. K. Tagantsev, M. Landivar, E. Colla, and N. Setter, J. Appl. Phys. 78, 2623 (1995).
54. A. K. Tagantsev and I. A. Stolichnov, Appl. Phys. Lett. 74, 1326 (1999).
55. A. K. Tagantsev, C. Pawlaczyk, K. Brooks, and N. Setter, Integr. Ferroelectr. 4, 1 (1994).
56. J. G. Simmons, J. Phys. Chem. Solids 32, 2587 (1971).
57. R. D. Klissurska, A. K. Tagantsev, K. G. Brooks, and N. Setter, J. Am. Ceram. Soc. 80, 336 (1997).
58. D. V. Taylor, D. Damjanovic, E. Colla, and N. Setter, Ferroelectrics 225, 91 (1999).
59. E. L. Colla, S. Hong, D. V. Taylor, A. K. Tagantsev, K. No, and N. Setter, Appl. Phys. Lett. 72, 2763 (1998).
60. V. Y. Shur, E. L. Rumyantev, E. V. Nikolaeva, E. I. Shishkin, and I. E. Baturin, Abstract of the 6th International Symposium on Ferroic Domains and Mesoscopic Structures, Nanjing, China, May-June 2000, p. 81.
61. M. Grossmann, O. Lohse, D. Bolten, U. Boettger, R. Waser, W. Hartner, M. Kastner, and G. Schindler, Appl. Phys. Lett. 76, 363 (2000).
62. X. Du and I.-W. Chen, J. Appl. Phys. 83, 7789 (1998).
63. J. Chen, M. P. Harmer, and D. M. Smyth, Proceedings of the IEEE 8th International Symposium on Applications of Ferroelectrics, Piscataway NJ, 1992, p. 111.
64. B. Jaffe, W. R. Cook, and H. Jaffe, Piezoelectric Ceramics (Academic, London, 1971), Vol. 3.
65. M. Brazier, S. Mansour, and M. McElfresh, Appl. Phys. Lett. 74, 4032 (1999).
66. R. Waser, J. Am. Ceram. Soc. 74, 1934 (1991).
67. M. Dawber and J. F. Scott, Appl. Phys. Lett. 76, 3655 (2000).
68. A. Tagantsev, Appl. Phys. Lett. (submitted).
69. It has been explicitly shown in the article that an improved fatigue behavior in not due to a smaller value of the switchable polarization in the capacitor with the oxide layer.
70. R. Landauer, J. Appl. Phys. 28, 227 (1957).
71. R. Kretschmer and K. Binder, Phys. Rev. B 20, 1065 (1979).
72. J. M. Benedetto, R. A. Moor, and F. B. McLean, J. Appl. Phys. 75, 460 (1994).
73. H. Al-Shareef, A. Kingon, X. Chen, and K. Bellur, J. Mater. Res. 9, 2968 (1994).
74. J. Cross, M. Fujiki, M. Tsukada, K. Matsuura, S. Otani, M. Tomotani, Y. Kataoka, Y. Kotaka, and Y. Goto, Integr. Ferroelectr. 25, 265 (1999).
75. M. Tomotani, Y. Kotaka, and J. Cross, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 40, L346 (2001).
76. M. Molotskii, R. Kris, and G. Rosenmam, J. Appl. Phys. 88, 5318 (2000).