For a better understanding of piezoelectricity in epitaxial film systems, epitaxially grown tetragonal Pb(Zr0.3Ti0.7)0.98Nb0.02O3 (PNZT) thin films with three primary crystallographic orientations were studied with a focus on their piezoelectric behaviors and domain configuration. Using piezoresponse force microscopy, the (001)-oriented epitaxial films were found to show superior piezoelectric properties compared with the (110)- and (111)-oriented films. This can be attributed to the structural characteristics of the tetragonal PNZT phase after applying an electrical field. Island-distributed domain shapes were also mapped for all three orientations.

1.
I.
Vrejoiu
,
G. L.
Rhun
,
L.
Pintilie
,
D.
Hesse
,
M.
Alexe
, and
U.
Gosele
,
Adv. Mater.
18
,
1657
(
2006
).
2.
D. S.
Fu
,
H.
Suzuki
,
T.
Ogawa
, and
K.
Ishikawa
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
3572
(
2002
).
3.
Y. K.
Kim
,
H.
Morioka
,
R.
Ueno
,
S.
Yokoyama
, and
H.
Funakubo
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
212905
(
2005
).
4.
I.
Vrejoiu
,
Y. L.
Zhu
,
G. L.
Rhun
,
M. A.
Schubert
,
D.
Hesse
, and
M.
Alexe
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
072909
(
2007
).
5.
M. D.
Nguyen
,
M.
Dekkers
,
E.
Houwman
,
R.
Steenwelle
,
X.
Wan
,
A.
Roelofs
,
T.
Schmitz-Kempen
, and
G.
Rijnders
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
252904
(
2011
).
6.
J.-M.
Liu
,
B.
Pan
,
H. L. W.
Chan
,
S. N.
Zhu
,
Y. Y.
Zhu
, and
Z. G.
Liu
,
Mater. Chem. Phys.
75
,
12
(
2002
).
7.
K. S.
Lee
,
Y. K.
Kim
,
S.
Baik
,
J.
Kim
, and
I. S.
Jung
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
2444
(
2001
).
8.
S.
Utsugi
,
T.
Fujisawa
,
Y.
Ehara
,
T.
Yamada
,
S.
Yasui
,
M.-T.
Chentir
,
H.
Morioka
,
T.
Iijima
, and
H.
Funakubo
,
J. Ceram. Soc. Jpn.
118
,
627
(
2010
).
9.
M.
Tsukada
,
H.
Yamawaki
, and
M.
Kondo
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
4393
(
2003
).
10.
G. H.
Haertling
,
J. Am. Ceram. Soc.
82
,
797
(
1999
).
11.
N. A.
Pertsev
and
A. Y.
Emelyanov
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
3646
(
1997
).
12.
S.
Buhlmann
and
P.
Muralt
,
Adv. Mater.
20
,
3090
(
2008
).
13.
X.-H.
Du
,
J. H.
Zheng
,
U.
Belegundu
, and
K.
Uchino
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
2421
(
1998
).
14.
D. V.
Taylor
and
D.
Damjanovic
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
1615
(
2000
).
15.
Z.-X.
Zhu
,
J.-F.
Li
,
F.-P.
Lai
,
Y. H.
Zhen
,
Y.-H.
Lin
,
C.-W.
Nan
, and
L. T.
Li
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
222910
(
2007
).
16.
I. K.
Bdikin
,
V. V.
Shvartsman
, and
A. L.
Kholkin
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
4232
(
2003
).
17.
M.
Pereira
,
A. G.
Peixoto
, and
M. J. M.
Gomes
,
J. Eur. Ceram. Soc.
21
,
1353
(
2001
).
18.
Z.-X.
Zhu
,
C.
Ruangchalermwong
, and
J.-F.
Li
,
J. Appl. Phys.
104
,
054107
(
2008
).
19.
G.
Binnig
and
C. F.
Quate
,
Phys. Rev. Lett.
56
,
930
(
1986
).
20.
P.
Güthner
and
K.
Dransfeld
,
Appl. Phys. Lett.
61
,
1137
(
1992
).
21.
C. T.
Nelson
,
P.
Gao
,
J. R.
Jokisaari
,
C.
Heikes
,
C.
Adamo
,
A.
Melville
,
S.-H.
Baek
,
C. M.
Folkman
,
B.
Winchester
,
Y. J.
Ge
,
Y. M.
Liu
,
K.
Zhang
,
E.
Wang
,
J. Y.
Li
,
L.-Q.
Chen
,
C.-B.
Eom
,
D. G.
Schlom
, and
X. Q.
Pan
,
Science
334
,
968
(
2011
).
22.
D.-W.
Fu
,
H.-L.
Cai
,
Y. M.
Liu
,
Q.
Ye
,
W.
Zhang
,
Y.
Zhang
,
X.-Y.
Chen
,
G.
Giovannetti
,
M.
Capone
,
J. Y.
Li
, and
R.-H.
Xiong
,
Science
339
,
425
(
2013
).
23.
Q.
Yu
,
J.-F.
Li
,
Z.-X.
Zhu
,
Y.
Xu
, and
Q. M.
Wang
,
J. Appl. Phys.
112
,
014102
(
2012
).
24.
Y. M.
Liu
,
Y. H.
Zhang
,
M.-J.
Chow
,
Q. N.
Chen
, and
J. Y.
Li
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
078103
(
2012
).
25.
B. J.
Rodriguez
,
C.
Callahan
,
S. V.
Kalinin
, and
R.
Proksch
,
Nanotechnology
18
,
475504
(
2007
).
26.
H.
Kuwabara
,
N.
Menou
, and
H.
Funakubo
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
222901
(
2007
).
27.
Z.-X.
Zhu
and
J.-F.
Li
,
Appl. Surf. Sci.
256
,
3880
(
2010
).
28.
S.
Jesse
,
A. P.
Baddorf
, and
S. V.
Kalinin
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
062908
(
2006
).
29.
N. M.
Hagh
,
B.
Jadidian
, and
A.
Safari
,
J. Electroceram.
18
,
339
(
2007
).
30.
Q.
Yu
,
J.-F.
Li
,
W.
Sun
,
Z.
Zhou
,
Y.
Xu
,
Z.-K.
Xie
,
F.-P.
Lai
, and
Q.-M.
Wang
,
J. Appl. Phys.
113
,
024101
(
2013
).
31.
J.-Y.
Dai
and
J.-X.
Wong
,
Prog. Phys.
29
,
197
(
2009
).
32.
I. K.
Bdikin
,
J. A.
Pérez
,
I.
Coondoo
,
A. M. R.
Senos
,
P. Q.
Mantas
, and
A. L.
Kholkin
,
J. Appl. Phys.
110
,
052003
(
2011
).
33.
W.
Gong
,
J.-F.
Li
,
X. C.
Chu
,
Z. L.
Gui
, and
L. T.
Li
,
J. Appl. Phys.
96
,
590
(
2004
).
34.
S.
Sun
,
Y. M.
Wang
,
P. A.
Fuierer
, and
B. A.
Tuttle
,
Integr. Ferroelectr.
23
,
25
(
1999
).
35.
S. V.
Kalinin
,
B. J.
Rodriguez
,
S.
Jesse
,
J.
Shin
,
A. P.
Baddorf
,
P.
Gupta
,
H.
Jain
,
D. B.
Williams
, and
A.
Gruverman
,
Microsc. Microanal.
12
,
206
(
2006
).
You do not currently have access to this content.