We report substantially reduced fatigue and electrical leakage in BiFeO3 membranes fabricated by releasing epitaxial (001) BiFeO3 films from the Si substrates on which they were grown. Fatigue-free switching behavior of up to 1010cycles was observed for BiFeO3 membranes with Pt top electrodes, while as-grown films break down at 109cycles. This is attributed to the low coercive field of BiFeO3 membranes and their being free from substrate clamping. In contrast, (111) BiFeO3 films exhibit significant fatigue at the same electric field. Epitaxial (001) BiFeO3 membranes with low coercive field are very promising for lead-free ferroelectric memory and magnetoelectric devices.

1.
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
).
2.
J. F.
Li
,
J.
Wang
,
M.
Wuttig
,
R.
Ramesh
,
N.
Wang
,
B.
Ruette
,
A. P.
Pyatakov
,
A. K.
Zvezdin
, and
D.
Viehland
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
5261
(
2004
).
3.
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
).
4.
D.
Lebeugle
,
D.
Colson
,
A.
Forget
, and
M.
Viret
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
022907
(
2007
).
5.
J.
Wang
,
H.
Zheng
,
Z.
Ma
,
S.
Prasertchoung
,
M.
Wuttig
,
R.
Droopad
,
J.
Yu
,
K.
Eisenbeiser
, and
R.
Ramesh
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
2574
(
2004
).
6.
R.
Ramesh
and
N. A.
Spaldin
,
Nat. Mater.
6
,
21
(
2007
).
7.
T.
Zhao
,
A.
Scholl
,
F.
Zavaliche
,
K.
Lee
,
M.
Barry
,
A.
Doran
,
M. P.
Cruz
,
Y. H.
Chu
,
C.
Ederer
,
N. A.
Spaldin
,
R. R.
Das
,
D. M.
Kim
,
S. H.
Baek
,
C. B.
Eom
, and
R.
Ramesh
,
Nat. Mater.
5
,
823
(
2006
).
8.
Y.-H.
Chu
,
L. W.
Martin
,
M. B.
Holcomb
, and
R.
Ramesh
,
Mater. Today
10
,
16
(
2007
).
9.
L. V.
Goncharova
,
D. G.
Starodub
,
E.
Garfunkel
,
T.
Gustafsson
,
V.
Vaithyanathan
,
J.
Lettieri
, and
D. G.
Schlom
,
J. Appl. Phys.
100
,
014912
(
2006
).
10.
C. B.
Eom
,
R. J.
Cava
,
R. M.
Fleming
,
J. M.
Phillips
,
R. B.
Vandover
,
J. H.
Marshall
,
J. W. P.
Hsu
,
J. J.
Krajewski
, and
W. F.
Peck
,
Science
258
,
1766
(
1992
).
11.
C. B.
Eom
,
R. B.
Vandover
,
J. M.
Phillips
,
D. J.
Werder
,
J. H.
MarshallL
,
C. H.
Chen
,
R. J.
Cava
,
R. M.
Fleming
, and
D. K.
Fork
,
Appl. Phys. Lett.
63
,
2570
(
1993
).
12.
H. W.
Jang
,
S. H.
Baek
,
D.
Ortiz
,
C. M.
Folkman
,
R. R.
Das
,
Y. H.
Chu
,
P.
Shafer
,
J. X.
Zhang
,
S.
Choudhury
,
V.
Vaithyanathan
,
Y. B.
Chen
,
X. Q.
Pan
,
D. G.
Schlom
,
L. Q.
Chen
,
R.
Ramesh
, and
C. B.
Eom
(unpublished).
13.
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
).
14.
H. N.
Alshareef
,
A. I.
Kingon
,
X.
Chen
,
K. R.
Bellur
, and
O.
Auciello
,
J. Mater. Res.
9
,
2968
(
1994
).
15.
V.
Bornand
,
S.
Trolier-McKinstry
,
K.
Takemura
, and
C. A.
Randall
,
J. Appl. Phys.
87
,
3965
(
2000
).
16.
J. F.
Scott
and
M.
Dawber
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
3801
(
2000
).
17.
C. P.
de Araujo
,
J.
Cuchiaro
,
L.
McMillan
,
M.
Scott
, and
J.
Scott
,
Nature (London)
374
,
627
(
1995
).
18.
B. H.
Park
,
B. S.
Kang
,
S. D.
Bu
,
T. W.
Noh
,
J.
Lee
, and
W.
Jo
,
Nature (London)
401
,
682
(
1999
).
19.
X.
Qi
,
J.
Dho
,
R.
Tomov
,
M. G.
Blamire
, and
J. L.
MacManus-Driscoll
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
062903
(
2005
).
20.
F.
Niklausa
,
G.
Stemme
,
J.-Q.
Lu
, and
R. J.
Gutmann
,
J. Appl. Phys.
99
,
031101
(
2006
).
You do not currently have access to this content.