Termodinámica de los defectos puntuales en titanato de bismuto

Abstract

El titanato de bismuto (Bi4Ti3O12 o BiTO) es conocido por su alta resistencia a la fatiga dieléctrica y la polarización remanente relativamente grande. Debido a estas características se ha aplicado en memorias FeRAM. BiTO es también conocido como conductor iónico potencial. En ambas aplicaciones, los defectos cristalinos desempeñan un papel importante. Una descripción detallada del tipo de defectos y la concentración de estos defectos es importante para mejorar las aplicaciones, tales como doncucción iónica; para comprender fenómenos como perdidas que se sabe que se producen en BiTO. En este trabajo, se utiliza un procedimiento estándar de equilibrio termoquímico para analizar la química de defectos en BiTO. Los resultados indican un fuerte estado de oxidación. Para tener una condición reducida, se deben conseguir presiones parciales de oxígeno extremadamente bajas y altas temperaturas. Medidas de conductividad fueron tomas para validar las predicciones hechas en el presente trabajo, que corroboraron el comportamiento del material. Los resultados están de acuerdo con observaciones experimentales tales como la conducción del tipo p, la conducción iónica relativamente alta y la volatilización del bismuto.

Abstract Bismuth titanate (Bi4Ti3O12 or BiTO) is known for its high resistance to the dielectric fatigue and relatively large remnant polarization. Due to these characteristics it has been applied in FeRAM memories. BiTO is also known as potential ionic conductor. In both applications, crystalline defects play an important role. Then, detailed description of the kind of defects and concentration of these defects is important to improve applications such as ionic conduction and to understand phenomena like leaking that is known to occur in BiTO. In this work, a standard thermochemical equilibrium procedure is used to analyze defect chemistry in BiTO. The results indicates a strong oxidized state. To have a reduced condition, extremely low oxygen partil pressures and high temperatures have to be achieved. Measurements of conductivity were taken to validate the predictions made in the present work, which corroborated the behavior of the material. Results are in agreement with experimental observations such as p-type conduction, relatively high ion conduction and bismuth volatilization.