Piezoresponse force spectroscopy of ferroelectric-semiconductor materials

Journal of Applied Physics

Volumn 102, Issue 11, 2007, Pages

  Morozovska, Anna N ^a   Svechnikov, Sergei V ^a   Eliseev, Eugene A ^b   Jesse, Stephen ^d   Rodriguez, Brian J ^d   Kalinin, Sergei V ^c  

^a INSTITUTE OF SEMICONDUCTOR PHYSICS   (Ukraine)

^b FRANTSEVICH INSTITUTE FOR PROBLEMS OF MATERIALS SCIENCE   (Ukraine)

^c OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY   (United States)

^d NONE

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

FERROELECTRIC MATERIALS; GREEN'S FUNCTION; NUCLEATION; POLARIZATION; SCANNING PROBE MICROSCOPY;

PIEZORESPONSE FORCE SPECTROSCOPY (PFS);

SEMICONDUCTOR MATERIALS;

EID: 37149009556     PISSN: 00218979     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.2818370     Document Type: Article

References (89)

1. J. F. Scott, Ferroelectric Memories (Springer, Berlin, 2000).
2. Nanoscale Characterization of Ferroelectric Materials, edited by, M. Alexe, and, A. Gruverman, (Springer, New York, 2004).
3. Nanoscale Phenomena in Ferroelectric Thin Films, edited by, S. Hong, (Kluwer, Dordrecht, 2004).
4. S. V. Kalinin, D. A. Bonnell, T. Alvarez, X. Lei, Z. Hu, J. H. Ferris, Q. Zhang, and S. Dunn, Nano Lett. 2, 589 (2002).
5. J. F. Scott, F. D. Morrison, M. Miyake, P. Zubko, X. Lou, V. M. Kugler, S. Rios, M. Zhang, T. Tatsuta, O. Tsuji, and T. J. Leedham, J. Am. Ceram. Soc. 88, 1691 (2005).
6. M. Dawber, K. M. Rabe, and J. F. Scott, Rev. Mod. Phys. 77, 1083 (2005).
7. S. K. Streiffer, J. A. Eastman, D. D. Fong, C. Thompson, A. Munkholm, M. V. Ramana Murty, O. Auciello, G. R. Bai, and G. B. Stephenson, Phys. Rev. Lett. 89, 067601 (2002).
8. C. H. Ahn, K. M. Rabe, and J.-M. Triscone, Science 303, 488 (2004).
9. P. Ghosez and J. Junquera, in First-Principles Modeling of Ferroelectric Oxides Nanostructures, Handbook of Theoretical and Computational Nanotechnology, Chap., edited by, M. Rieth, and, W. Schommers, (American Scientific Publisher, Stevenson Ranch, 2006).
10. S. Ducharme, V. M. Fridkin, A. V. Bune, S. P. Palto, L. M. Blinov, N. N. Petukhova, and S. G. Yudin, Phys. Rev. Lett. 84, 175 (2000).
11. A. A. Gorbatsevich and Yu. V. Kopaev, Ferroelectrics 161, 321 (1994).
12. I. I. Naumov, L. Bellaiche, and H. X. Fu, Nature (London) 432, 737 (2004).
13. P. Günther and K. Dransfeld, Appl. Phys. Lett. 62, 1137 (1992).
14. K. Franke, J. Besold, W. Haessler, and C. Seegebarth, Surf. Sci. Lett. 302, L283 (1994).
15. A. Gruverman, O. Auciello, and H. Tokumoto, J. Vac. Sci. Technol. B 14, 602 (1996).
16. T. Hidaka, T. Maruyama, M. Saitoh, N. Mikoshiba, M. Shimizu, T. Shiosaki, L. A. Wills, R. Hiskes, S. A. Dicarolis, and J. Amano, Appl. Phys. Lett. 68, 2358 (1996).
17. X. Zhang, D. Xue, X. Liu, and K. Kitamura, Physica B 387, 147 (2007).
18. Y. Cho, S. Hashimoto, N. Odagawa, K. Tanaka, and Y. Hiranaga, Nanotechnology 17, S137 (2006).
19. M. Damjanovic, in Hysteresis in Piezoelectric and Ferroelectric Materials, The Science of Hysteresis Vol. 3, edited by, I. Mayergoyz, and, G. Bertolli, (Elsevier, New York, 2005).
20. Y. Ishibashi and H. Orihara, Integr. Ferroelectr. 9, 57 (1995).
21. R. Waser, U. Bottger, and M. Grossman, Top. Appl. Phys. 93, 31 (2004).
22. M. Abplanalp, Dr. Nat. Sci. thesis, Swiss Federal Institute of Technology, 2001.
23. M. Molotskii, J. Appl. Phys. 93, 6234 (2003).
24. S. V. Kalinin, A. Gruverman, B. J. Rodriguez, J. Shin, A. P. Baddorf, E. Karapetian, and M. Kachanov, J. Appl. Phys. 97, 074305 (2005).
25. A. Yu. Emelyanov, Phys. Rev. B 71, 132102 (2005).
26. A. N. Morozovska and E. A. Eliseev, Phys. Rev. B 73, 104440 (2006).
27. A. Gruverman and A. L. Kholkin, Rep. Prog. Phys. 69, 2443 (2006).
28. R. Landauer, J. Appl. Phys. 28, 227 (1957).
29. A. Gruverman, B. J. Rodriguez, C. Dehoff, J. D. Waldrep, A. I. Kingon, R. J. Nemanich, and J. S. Cross, Appl. Phys. Lett. 87, 082902 (2005).
30. A. L. Kholkin, I. K. Bdikin, V. V. Shvartsman, A. Orlova, D. Kiselev, A. A. Bogomolov, and S.-H. Kim, in Scanning-Probe and Other Novel Microscopies of Local Phenomena in Nanostructured Materials, edited by, S. V. Kalinin, B. Goldberg, L. M. Eng, and, B. D. Huey, (Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 838E, Warrendale, PA, 2005), p. O7.6.
31. T. Tybell, P. Paruch, T. Giamarchi, and J.-M. Triscone, Phys. Rev. Lett. 89, 097601 (2002).
32. P. Paruch, T. Giamarchi, and J.-M. Triscone, Phys. Rev. Lett. 94, 197601 (2005).
33. M. Dawber, A. Gruverman, and J. F. Scott, J. Phys.: Condens. Matter 18, L71 (2006).
34. A. Agronin, Y. Rosenwaks, and G. Rosenman, Appl. Phys. Lett. 88, 072911 (2006).
35. H. Birk, J. Glatz-Reichenbach, L. Jie, E. Schreck, and K. Dransfeld, J. Vac. Sci. Technol. B 9, 1162 (1991).
36. I. D. Kim, Y. Avrahami, H. L. Tuller, Y. B. Park, M. J. Dicken, and H. A. Atwater, Appl. Phys. Lett. 86, 192907 (2005).
37. S. V. Kalinin, A. Gruverman, and D. A. Bonnell, Appl. Phys. Lett. 85, 795 (2004).
38. L. M. Eng, H.-J. Güntherodt, G. A. Schneider, U. Köpke, and J. Muoz Saldaa, Appl. Phys. Lett. 74, 233 (1999).
39. L. M. Eng, H.-J. Güntherodt, G. Rosenman, A. Skliar, M. Oron, M. Katz, and D. Eger, J. Appl. Phys. 83, 5973 (1998).
40. B. J. Rodriguez, A. Gruverman, A. I. Kingon, R. J. Nemanich, and J. S. Cross, J. Appl. Phys. 95, 1958 (2004).
41. R. Desfeux, C. Legrand, A. Da Costa, D. Chateigner, R. Bouregba, and G. Poullain, Surf. Sci. 600, 219 (2006).
42. S. Jesse, A. P. Baddorf, and S. V. Kalinin, Appl. Phys. Lett. 88, 062908 (2006).
43. Y. Saya, S. Watanabe, M. Kawai, H. Yamada, and K. Matsushige, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 39, 3799 (2000).
44. M. Alexe, C. Harnagea, D. Hesse, and U. Gosele, Appl. Phys. Lett. 79, 242 (2001).
45. C. Harnagea, A. Pignolet, M. Alexe, D. Hesse, and U. Gosele, Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 70, 261 (2000).
46. D. Ricinschi, L. Mitoseriu, A. Stancu, P. Postolache, and M. Okuyama, Integr. Ferroelectr. 67, 103 (2004).
47. D. Ricinschi, M. Noda, M. Okuyama, Y. Ishibashi, M. Iwata, and L. Mitoseriu, J. Korean Phys. Soc. 42, S1232 (2003).
48. D. Ricinschi and M. Okuyama, Integr. Ferroelectr. 50, 159 (2002).
49. A. Gruverman, B. J. Rodriguez, A. I. Kingon, R. J. Nemanich, J. S. Cross, and M. Tsukada, Appl. Phys. Lett. 82, 3071 (2003).
50. A. Gruverman, B. J. Rodriguez, A. I. Kingon, R. J. Nemanich, A. K. Tagantsev, J. S. Cross, and M. Tsukada, Appl. Phys. Lett. 83, 728 (2003).
51. C. Dehoff, B. J. Rodriguez, A. I. Kingon, R. J. Nemanich, A. Gruverman, and J. S. Cross, Rev. Sci. Instrum. 76, 023708 (2005).
52. C. S. Ganpule, V. Nagarajan, H. Li, A. S. Ogale, D. E. Steinhauer, S. Aggarwal, E. Williams, R. Ramesh, and P. DeWolf, Appl. Phys. Lett. 77, 292 (2000).
53. A. Wu, P. M. Vilarinho, V. V. Shvartsman, G. Suchaneck, and A. L. Kholkin, Nanotechnology 16, 2587 (2005).
54. M. Molotskii, J. Appl. Phys. 97, 014109 (2005).
55. A. N. Morozovska, E. A. Eliseev, and S. V. Kalinin, Appl. Phys. Lett. 87, 082902 (2005).
56. A. N. Morozovska, S. V. Kalinin, E. A. Eliseev, and S. V. Svechnikov, Ferroelectrics 354, 198 (2007).
57. S. V. Kalinin and D. A. Bonnell, J. Appl. Phys. 87, 3950 (2000).
58. S. V. Kalinin, C. Y. Johnson, and D. A. Bonnell, J. Appl. Phys. 91, 3816 (2002).
59. S. V. Kalinin and D. A. Bonnell, Phys. Rev. B 63, 125411 (2001).
60. S. Bühlmann, E. Colla, and P. Muralt, Phys. Rev. B 72, 214120 (2005).
61. D. Dahan, M. Molotskii, G. Rosenman, and Y. Rosenwaks, Appl. Phys. Lett. 89, 152902 (2006).
62. A. L. Kholkin, I. K. Bdikin, V. V. Shvartsman, and N. A. Pertsev, Nanotechnology 18, 095502 (2007).
63. S. V. Kalinin and D. A. Bonnell, Nano Lett. 4, 555 (2004).
64. S. V. Kalinin, J. Shin, S. Jesse, D. Geohegan, A. P. Baddorf, Y. Lilach, M. Moskovits, and A. Kolmakov, J. Appl. Phys. 98, 044503 (2005).
65. S. Cunningham, I. A. Larkin, and J. H. Davis, Appl. Phys. Lett. 73, 123 (1998).
66. V. M. Fridkin, Ferroelectric Semiconductors (Consultant Bureau, New York, 1980).
67. P. Paruch, T. Tybell, and J.-M. Triscone, Appl. Phys. Lett. 79, 530 (2001).
68. A. N. Morozovska, S. V. Svechnikov, E. A. Eliseev, and S. V. Kalinin, Phys. Rev. B 76, 054123 (2007).
69. A. N. Morozovska and E. A. Eliseev, Phys. Status Solidi B 243, 1996 (2006).
70. J. Padilla, W. Zhong, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 53, R5969 (1996).
71. V. Gopalan, T. E. Mitchell, and K. E. Sickafus, Integr. Ferroelectr. 22, 405 (1998).
72. T. J. Yang and U. Mohideen, Phys. Lett. A 250, 205 (1998).
73. D. A. Scrymgeour, V. Gopalan, A. Itagi, A. Saxena, and P. J. Swart, Phys. Rev. B 71, 184110 (2005).
74. M. Molotskii and M. Shvebelman, Ferroelectrics 301, 67 (2004).
75. G. Gerra, A. K. Tagantsev, and N. Setter, Phys. Rev. Lett. 94, 107602 (2005).
76. P. Hanggi, P. Talkner, and M. Borkovec, Rev. Mod. Phys. 62, 251 (1990).
77. D. Xue, S. Wu, Y. Zhu, K. Terabe, K. Kitamura, and J. Wang, Chem. Phys. Lett. 377, 475 (2003).
78. M. Molotskii and M. Shvebelman, Philos. Mag. 85, 1637 (2005).
79. F. Felten, G. A. Schneider, J. Munoz Saldana, and S. V. Kalinin, J. Appl. Phys. 96, 563 (2004).
80. S. V. Kalinin and D. A. Bonnell, Phys. Rev. B 65, 125408 (2002).
81. S. Belaidi, P. Girard, and G. Leveque, J. Appl. Phys. 81, 1023 (1997).
82. A. N. Morozovska, S. V. Svechnikov, E. A. Eliseev, S. Jesse, B. J. Rodriguez, and S. V. Kalinin, e-print arXiv:cond-mat/0610764.
83. S. V. Kalinin, E. A. Eliseev, and A. N. Morozovska, Appl. Phys. Lett. 88, 232904 (2006).
84. E. A. Eliseev, S. V. Kalinin, S. Jesse, S. L. Bravina, and A. N. Morozovska, J. Appl. Phys. 102, 014109 (2007).
85. A. N. Morozovska, E. A. Eliseev, S. L. Bravina, and S. V. Kalinin, Phys. Rev. B 75, 174109 (2007).
86. J. X. Zhang, Y. L. Li, Y. Wang, Z. K. Liu, L. Q. Chen, Y. H. Chu, F. Zavaliche, and R. Ramesh, J. Appl. Phys. 101, 114105 (2007).
87. S. V. Kalinin, S. Jesse, B. J. Rodriguez, E. A. Eliseev, V. Gopalan, and A. N. Morozovska, Appl. Phys. Lett. 90, 212905 (2007).
88. T. Zhao and R. Ramesh, personal communication (2006).
89. P. E. Sheehan and L. J. Whitman, Phys. Rev. Lett. 88, 156104 (2002).