Dielectric properties of perovskite multiferroic Pb(Fe0.5Nb0.5)O3-Bi0.95Dy0.05FeO3 thick films

The paper reports the preparation and deposition of dielectric thick films exhibiting multiferroic properties. The developed layers are based on solid solutions of two multiferroic compounds with perovskite structure -- relaxor Pb(Fe0.5Nb0.5)O3 and Bi0.95Dy0.05FeO3. Complex impedance and dielectric permittivity of thick films were determined as a function of temperature (from - 55 to 450°C) and frequency (10 Hz - 2 MHz). DC resistivity was measured in the temperature range 20 - 400°C. Microstructure of the samples was studied using a scanning electron microscope. In complex plane impedance spectra there exists a single arc at a given temperature associated with grains which decreases and shifts to higher frequencies with increasing temperature. The maximum values of dielectric permittivity of the investigated layers were 2000 - 4000 in the temperature range from -55 to 150°C at 1 kHz. Two broad ε'maxima ascribed to relaxor ferroelectric transition and dielectric relaxation occur in the temperature range from -55 to 450°C. Low sintering temperature appropriate for the conventional thick film procedure, dense microstructure and high dielectric permittivity slightly changing over a wide frequency and temperature ranges are advantages of the developed compositions.

W artykule opisano przygotowanie i nanoszenie dielektrycznych grubych warstw wykazujących multiferroiczne właściwości. Opracowane warstwy oparte są na dwóch multiferroicznych związkach o strukturze perowskitu - relaksorze Pb(Fe0.5Nb0.5)O3 i Bi0.95Dy0.05FeO3. Badano zespoloną impedancję i przenikalność elektryczną grubych warstw w funkcji temperatury (od -55 do 450°C) i częstotliwości (10 Hz - 2 MHz). Mierzono przewodnictwo dc w zakresie temperatur 20 - 400°C. Badano mikrostrukturę próbek przy użyciu mikroskopu skaningowego. Na wykresach zespolonej impedancji w danej temperaturze istnieje pojedynczy łuk, związany z ziarnami, który zmniejsza się i przesuwa w stronę wyższych częstotliwości ze wzrostem temperatury. Maksymalne wartości przenikalności elektrycznej badanych warstw wynoszą 2000 - 4000 w zakresie temperatur od -55 do 150°C dla 1 kHz. W zakresie temperatur od -55 do 450°C występują dwa szerokie maksima ε' przypisywane przemianie ferroelektrycznej i relaksacji dielektrycznej. Korzystnymi cechami opracowanych kompozycji są: niska temperatura spiekania odpowiednia dla konwencjonalnej procedury grubowarstwowej, zwarta mikrostruktura i wysoka przenikalność elektryczna słabo zmieniająca się w szerokim zakresie częstotliwości i temperatur.