BiFeO3 thin films have been deposited on (001) SrTiO3 substrates by adsorption-controlled reactive molecular-beam epitaxy. For a given bismuth overpressure and oxygen activity, single-phase BiFeO3 films can be grown over a range of deposition temperatures in accordance with thermodynamic calculations. Four-circle x-ray diffraction reveals phase-pure, epitaxial films with ω rocking curve full width at half maximum values as narrow as 29arcsec (0.008°). Multiple-angle spectroscopic ellipsometry reveals a direct optical band gap at 2.74eV for stoichiometric as well as 5% bismuth-deficient single-phase BiFeO3 films.

1.
G. A.
Smolenskii
and
I. E.
Chupis
,
Sov. Phys. Usp.
25
,
475
(
1982
).
2.
J.
Wang
,
J. B.
Neaton
,
H.
Zheng
,
V.
Nagarajan
,
S. B.
Ogale
,
B.
Liu
,
D.
Viehland
,
V.
Vaithyanathan
,
D. G.
Schlom
,
U. V.
Waghmare
,
N. A.
Spaldin
,
K. M.
Rabe
,
M.
Wuttig
, and
R.
Ramesh
,
Science
299
,
1719
(
2003
).
3.
V. V.
Shvartsman
,
W.
Kleemann
,
R.
Haumont
, and
J.
Kreisel
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
172115
(
2007
).
4.
D.
Lebeugle
,
D.
Colson
,
A.
Forget
,
M.
Viret
,
P.
Bonville
,
J. F.
Marucco
, and
S.
Fusil
,
Phys. Rev. B
76
,
024116
(
2007
).
5.
V.
Fruth
,
E.
Tenea
,
M.
Gartner
,
A.
Anastasescu
,
D.
Berger
,
R.
Ramer
, and
M.
Zaharescu
,
J. Eur. Ceram. Soc.
27
,
937
(
2007
).
6.
T. P.
Gujar
,
V. R.
Shinde
, and
C. D.
Lokhande
,
Mater. Chem. Phys.
103
,
142
(
2007
).
7.
T.
Kanai
,
S.
Ohkoshi
, and
K.
Hashimoto
,
J. Phys. Chem. Solids
64
,
391
(
2003
).
8.
F.
Gao
,
Y.
Yuan
,
K. F.
Wang
,
X. Y.
Chen
,
F.
Chen
, and
J. M.
Liu
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
102506
(
2006
).
9.
J. F.
Ihlefeld
,
A.
Kumar
,
V.
Gopalan
,
D. G.
Schlom
,
Y. B.
Chen
,
X. Q.
Pan
,
T.
Heeg
,
J.
Schubert
,
X.
Ke
,
P.
Schiffer
,
J.
Orenstein
,
L. W.
Martin
,
Y. H.
Chu
, and
R.
Ramesh
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
071922
(
2007
).
10.
G.
Koster
,
B. L.
Kropman
,
G.
Rijnders
,
D. H. A.
Blank
, and
H.
Rogalla
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
2920
(
1998
).
11.
L.
Kaufman
,
CALPHAD: Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem.
25
,
141
(
2001
).
12.
R.
Heckingbottom
,
G. J.
Davies
, and
K. A.
Prior
,
Surf. Sci.
132
,
375
(
1983
).
13.
H.
Seki
and
A.
Koukitu
,
J. Cryst. Growth
78
,
342
(
1986
).
14.
J. Y.
Tsao
,
J. Cryst. Growth
110
,
595
(
1991
).
15.
J. Y.
Tsao
,
Materials Fundamentals of Molecular Beam Epitaxy
(
Academic
,
Boston
,
1993
).
16.
Z. K.
Liu
,
D. G.
Schlom
,
Q.
Li
, and
X. X.
Xi
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
3678
(
2001
).
17.
D. G.
Schlom
,
J. H.
Haeni
,
J.
Lettieri
,
C. D.
Theis
,
W.
Tian
,
J. C.
Jiang
, and
X. Q.
Pan
,
Mater. Sci. Eng., B
87
,
282
(
2001
).
18.
Scientific Group Thermodata Europe,
Thermodynamic Properties of Inorganic Materials
, in
Landolt-Börnstein New Series, Group IV
, Vol.
19
, edited by Lehrstuhl für Theoretische Hüttenkunde (
Springer
,
Berlin
,
1999
).
19.
J. O.
Andersson
,
T.
Helander
,
L. H.
Hoglund
,
P. F.
Shi
, and
B.
Sundman
,
CALPHAD: Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem.
26
,
273
(
2002
).
20.
D. G.
Schlom
and
J. S. J.
Harris
, in
Molecular Beam Epitaxy: Applications to Key Materials
, edited by
R. F. C.
Farrow
(
Noyes
,
Park Ridge, NJ
,
1995
), pp.
505
622
.
21.
R. R.
Das
,
D. M.
Kim
,
S. H.
Baek
,
C. B.
Eom
,
F.
Zavaliche
,
S. Y.
Yang
,
R.
Ramesh
,
Y. B.
Chen
,
X. Q.
Pan
,
X.
Ke
,
M. S.
Rzchowski
, and
S. K.
Streiffer
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
242904
(
2006
).
22.
H.
Bea
,
M.
Bibes
,
A.
Barthelemy
,
K.
Bouzehouane
,
E.
Jacquet
,
A.
Khodan
,
J. P.
Contour
,
S.
Fusil
,
F.
Wyczisk
,
A.
Forget
,
D.
Lebeugle
,
D.
Colson
, and
M.
Viret
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
072508
(
2005
).
23.
H.
Bea
,
M.
Bibes
,
S.
Fusil
,
K.
Bouzehouane
,
E.
Jacquet
,
K.
Rode
,
P.
Bencok
, and
A.
Barthelemy
,
Phys. Rev. B
74
,
020101
(
2006
).
24.
Y. B.
Chen
,
M. B.
Katz
,
X. Q.
Pan
,
R. R.
Das
,
D. M.
Kim
,
S. H.
Baek
, and
C. B.
Eom
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
072907
(
2007
).
25.
F.
Zavaliche
,
P.
Shafer
,
R.
Ramesh
,
M. P.
Cruz
,
R. R.
Das
,
D. M.
Kim
, and
C. B.
Eom
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
252902
(
2005
).
26.
J.
Lee
,
P. I.
Rovira
,
I.
An
, and
R. W.
Collins
,
Rev. Sci. Instrum.
69
,
1800
(
1998
).
27.
B. D.
Johs
,
J. A.
Woollam
,
C. M.
Herzinger
,
J. N.
Hilfiker
,
R. A.
Synowicki
, and
C. L.
Bungay
,
Proc. SPIE
72
,
29
(
1999
).
28.
G. E.
Jellison
,
Thin Solid Films
313
,
33
(
1998
).
29.
G. E.
Jellison
and
F. A.
Modine
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
371
(
1996
).
30.
H.
Fujiwara
,
J.
Koh
,
P. I.
Rovira
, and
R. W.
Collins
,
Phys. Rev. B
61
,
10832
(
2000
).
31.
A.
Kumar
,
R. C.
Rai
,
N. J.
Podraza
,
S.
Denev
,
M.
Ramirez
,
Y.-H.
Chu
,
L. W.
Martin
,
J.
Ihlefeld
,
T.
Heeg
,
J.
Schubert
,
D. G.
Schlom
,
J.
Orenstein
,
R.
Ramesh
,
R. W.
Collins
,
J. L.
Musfeldt
, and
V.
Gopalan
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
121915
(
2008
).
32.
S. J.
Clark
and
J.
Robertson
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
132903
(
2007
).
33.
J.
Bardeen
,
F. J.
Blatt
, and
L. H.
Hall
, in
Photoconductivity Conference
, edited by
R. G.
Breckenridge
,
B. R.
Russell
, and
E. E.
Hahn
(
Wiley
,
New York
,
1956
), pp.
146
154
.
You do not currently have access to this content.