Wedge-cut samples of fatigued ferroelectric lead zirconate titanate ceramics were investigated using piezoresponse force microscopy in conjunction with conventional electrical hysteresis measurements. The local clamping of domains is monitored at different depths in the sample. The coercive fields in grains near the electrodes differ for different materials and preparation methods of the electrodes. For silver, fatigue consistently generates a space charge in the depth of the sample. For platinum electrodes, the fatigue behavior scatters strongly. Microscopically, it either occurs directly underneath the electrodes or resembles the behavior of the silver electrodes in other samples.
REFERENCES
1.
D. B.
Fraser
and J. R.
Maldonado
, J. Appl. Phys.
41
, 2172
(1970
).2.
Q.
Jiang
, E. C.
Subbarao
, and L. E.
Cross
, J. Appl. Phys.
75
, 7433
(1994
).3.
D.
Wang
, Y.
Fotinich
, and G. P.
Carman
, J. Appl. Phys.
83
, 5342
(1998
).4.
H.
Weitzing
, G. A.
Schneider
, J.
Steffens
, M.
Hammer
, and M. J.
Hoffmann
, J. Eur. Ceram. Soc.
19
, 1333
(1999
).5.
V.
Bobnar
, Z.
Kutnjak
, A.
Levstik
, J.
Holc
, M.
Kosec
, T.
Hauke
, R.
Steinhausen
, and H.
Beige
, J. Appl. Phys.
85
, 622
(1999
).6.
M.
Mitrovic
, G. P.
Carman
, and F. K.
Straub
, Proc. SPIE
3992
, 217
(2000
).7.
J.
Nuffer
, D. C.
Lupascu
, and J.
Rödel
, Acta Mater.
48
, 3783
(2000
).8.
J. F.
Scott
, B.
Pouligny
, K.
Dimmler
, M.
Parris
, D.
Butler
, and S.
Eaton
, J. Appl. Phys.
62
, 4510
(1987
).9.
J. F.
Scott
and B.
Pouligny
, J. Appl. Phys.
64
, 1547
(1988
).10.
H. M.
Duiker
, P. D.
Beale
, J. F.
Scott
, C. A.
Paz de Araujo
, B. M.
Melnick
, J. D.
Cuchiaro
, and L. D.
McMillan
, J. Appl. Phys.
68
, 5783
(1992
).11.
I. K.
Yoo
and S. B.
Desu
, Mater. Sci. Eng., B
13
, 319
(1992
).12.
13.
C. J.
Brennan
, R. D.
Parrella
, and D. E.
Larsen
, Ferroelectrics
151
, 33
(1994
).14.
W. L.
Warren
, D.
Dimos
, B. A.
Tuttle
, R. D.
Nasby
, and G. E.
Pike
, Appl. Phys. Lett.
65
, 1018
(1994
).15.
P. K.
Larsen
, G. J. M.
Dormans
, D. J.
Taylor
, and P. J.
van Veldhoven
, J. Appl. Phys.
76
, 2405
(1994
).16.
A. L.
Kholkin
, E. L.
Colla
, A. K.
Tagantsev
, D. V.
Taylor
, and N.
Setter
, Appl. Phys. Lett.
68
, 2577
(1996
).17.
X.
Du
and I.-W.
Chen
, Appl. Phys. Lett.
72
, 1923
(1998
).18.
X.
Du
and I.-W.
Chen
, J. Appl. Phys.
83
, 7789
(1998
).19.
E. L.
Colla
, S.
Hong
, D. V.
Taylor
, A. K.
Tagantsev
, and N.
Setter
, Appl. Phys. Lett.
72
, 2763
(1998
).20.
M.
Grossmann
, D.
Bolten
, O.
Lohse
, U.
Boettger
, R.
Waser
, and S.
Tiedke
, Appl. Phys. Lett.
77
, 1894
(2000
).21.
B. G.
Chae
, C. H.
Park
, Y. S.
Yang
, and M. S.
Jang
, Appl. Phys. Lett.
75
, 2135
(1999
).22.
J.
Nuffer
, D. C.
Lupascu
, and J.
Rödel
, J. Eur. Ceram. Soc.
21
, 1421
(2001
).23.
J. F.
Scott
and M.
Dawber
, Appl. Phys. Lett.
76
, 3801
(2000
).24.
D. C.
Lupascu
and U.
Rabe
, Phys. Rev. Lett.
89
, 187601
(2002
).25.
E. L.
Colla
, D. V.
Taylor
, A. K.
Tagantsev
, and N.
Setter
, Appl. Phys. Lett.
72
, 2478
(1998
).26.
B. M.
Melnick
, J. F.
Scott
, C. A.
Paz de Araujo
, and L. D.
McMillan
, Ferroelectrics
135
, 163
(1992
).27.
B.
Li
, F.
Koch
, X. J.
Meng
, J. G.
Cheng
, and J. H.
Chu
, Appl. Phys. Lett.
77
, 898
(2000
).28.
29.
S.
Takatani
, H.
Miki
, K.
Kushida-Abdelgahfar
, and K.
Torii
, J. Appl. Phys.
85
, 7784
(1999
).30.
M.
Dawber
and J. F.
Scott
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
41
, 6848
(2002
).31.
H.
Kanaya
, T.
Iwamoto
, Y.
Takahagi
, I.
Kunishima
, and S.
Tanaka
, Integr. Ferroelectr.
25
, 235
(1999
).32.
A.
Ruediger
, O. F.
Schirmer
, A. K.
Kadashchuk
, and Yu. A.
Skryshevskii
, Europhys. Lett.
57
, 592
(2002
).33.
M.
Moert
, G.
Schindler
, T.
Mikolajick
, N.
Nagel
, W.
Hartner
, C.
Dehm
, H.
Kohlstedt
, and R.
Waser
, Appl. Surf. Sci.
249
, 23
(2005
).34.
H.
Ishiwara
, M.
Okuyama
, and Y.
Arimoto
, Ferroelectric Random Access Memories
(Springer
, Berlin
, 2004
).35.
K.
Franke
, H.
Huelz
, and S.
Seifert
, Ferroelectr., Lett. Sect.
23
, 1
(1997
).36.
A. K.
Tagantsev
, I.
Stolichnov
, E. L.
Colla
, and N.
Setter
, J. Appl. Phys.
90
, 1387
(2001
).37.
M.
Dawber
, K. M.
Rabe
, and J. F.
Scott
, Rev. Mod. Phys.
77
, 1083
(2005
).38.
W.
Wu
, K. H.
Wong
, C. L.
Choy
, and Y. H.
Zhang
, Appl. Phys. Lett.
77
, 3441
(2000
).39.
C. A.
Paz de Araujo
, J. D.
Cuchiaro
, L. D.
McMillan
, M. C.
Scott
, and J. F.
Scott
, Nature (London)
374
, 627
(1995
).40.
B. H.
Park
, B. S.
Kang
, S. D.
Bu
, T. W.
Noh
, J.
Lee
, and W.
Jo
, Nature (London)
401
, 682
(1999
).41.
D. C.
Lupascu
, E.
Aulbach
, and J.
Rödel
, J. Appl. Phys.
93
, 5551
(2003
).42.
C.
Verdier
, D. C.
Lupascu
, and J.
Rödel
, J. Eur. Ceram. Soc.
23
, 1409
(2003
).43.
R.
Ramesh
et al., Appl. Phys. Lett.
61
, 1537
(1992
).44.
I. K.
Yoo
, S. B.
Desu
, and J.
Xing
, Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
310
, 165
(1993
).45.
T.
Nakamura
, Y.
Nakao
, A.
Kamisawa
, and H.
Takasu
, Appl. Phys. Lett.
65
, 1522
(1994
).46.
J. J.
Lee
, C. L.
Thio
, and S. B.
Desu
, J. Appl. Phys.
78
, 5073
(1995
).47.
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
).48.
J. F.
Scott
et al., J. Am. Ceram. Soc.
88
, 1691
(2005
).49.
D.
Ricinschi
, M.
Okuyama
, and M.
Shimiza
, Appl. Phys. Lett.
81
, 4040
(2002
).50.
Y.
Zhang
, D. C.
Lupascu
, E.
Aulbach
, I.
Baturin
, A.
Bell
, and J.
Rödel
, Acta Mater.
53
, 2203
(2005
).51.
M.
Alexe
and A.
Gruverman
, Nanoscale Characterization of Ferroelectric Materials
(Springer
, Berlin
, 2004
).52.
X. M.
Lu
, F.
Schlaphof
, S.
Grafström
, C.
Loppacher
, L. M.
Eng
, G.
Suchaneck
, and G.
Gerlach
, Appl. Phys. Lett.
81
, 3215
(2002
).53.
Z.
Wang
, J. E.
Blendell
, G. S.
White
, and Q.
Jiang
, Smart Mater. Struct.
12
, 217
(2003
).54.
A.
Gruverman
, O.
Auciello
, and H.
Tokumoto
, Annu. Rev. Mater. Sci.
28
, 101
(1998
).55.
S. V.
Kalinin
, E.
Karapetian
, and M.
Kachanov
, Phys. Rev. B
70
, 184101
(2004
).56.
S. V.
Kalinin
and D. A.
Bonnell
, in Nanoscale Characterization of Ferroelectric Materials
, edited by M.
Alexe
and A.
Gruverman
(Springer
, Berlin
, 2004
), pp. 1
–43
.57.
M.
Grossmann
, O.
Lohse
, D.
Bolten
, U.
Boettger
, T.
Schneller
, and R.
Waser
, J. Appl. Phys.
92
, 2680
(2002
).58.
M.
Grossmann
, O.
Lohse
, D.
Bolten
, U.
Boettger
, and R.
Waser
, J. Appl. Phys.
92
, 2688
(2002
).59.
C.
Verdier
, F. D.
Morrison
, D. C.
Lupascu
, and J. F.
Scott
, J. Appl. Phys.
97
, 024107
(2005
).60.
61.
P.
Chaplya
and G. P.
Carman
, ASME Adaptive Structures and Materials Systems Symposium
, Nashville, TN
, November 1999
, AD-Vol. 59
, pp. 105
–111
.62.
J. S.
Liu
, S. R.
Zhang
, L. S.
Dai
, and Y.
Yuan
, J. Appl. Phys.
97
, 104102
(2005
).63.
D.-H.
Do
, P. E.
Evans
, E. D.
Isaacs
, D.-M.
Kim
, C.-B.
Eom
, and E. M.
Dufresne
, Nat. Mater.
3
, 365
(2004
).64.
A.
Gruverman
, B. J.
Rodriguez
, A. I.
Kingon
, R. J.
Nemanich
, J. S.
Cross
, and M.
Tsukada
, Appl. Phys. Lett.
82
, 3071
(2003
).65.
S.
Dunn
, J. Appl. Phys.
94
, 5964
(2003
).66.
67.
68.
V. V.
Shvartsman
, A. L.
Kholkin
, C.
Verdier
, and D. C.
Lupascu
, J. Appl. Phys.
98
, 094109
(2005
).69.
J.
Nuffer
, D. C.
Lupascu
, A.
Glazounov
, H.-J.
Kleebe
, and J.
Rödel
, J. Eur. Ceram. Soc.
22
, 2133
(2002
).70.
A.
Gruverman
, O.
Auciello
, and H.
Tokumoto
, Appl. Phys. Lett.
69
, 3191
(1996
).71.
V. Ya.
Shur
, E. L.
Rumyantsev
, E. V.
Nikolaeva
, and E. I.
Shishkin
, and I. S.
Baturin
, Phys. Solid State
44
, 2151
(2002
)V. Ya.
Shur
, E. L.
Rumyantsev
, E. V.
Nikolaeva
, and E. I.
Shishkin
, and I. S.
Baturin
,[Fiz. Tverd. Tela (S.-Peterburg)
44
, 2055
(2002
)].© 2006 American Institute of Physics.
2006
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
