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The Piezoresponse in WO₃ Thin Films Due to N₂-Filled Nanovoids Enrichment by Atom Probe Tomography

Pineda-Domínguez, Pamela M.; Boll, Torben ORCID iD icon 1,2,3; Nogan, John; Heilmaier, Martin 4; Hurtado-Macías, Abel; Ramos, Manuel
1 Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde (IAM-WK), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Nanotechnologie (INT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Karlsruhe Nano Micro Facility (KNMF), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Institut für Angewandte Materialien (IAM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Tungsten trioxide (WO3) is a versatile n-type semiconductor with outstanding chromogenic properties highly used to fabricate sensors and electrochromic devices. We present a comprehensive experimental study related to piezoresponse with piezoelectric coefficient d33 = 35 pmV−1 on WO3 thin films ~200 nm deposited using RF-sputtering onto alumina (Al2O3) substrate with post-deposit annealing treatment of 400 °C in a 3% H2/N2-forming gas environment. X-ray diffraction (XRD) confirms a mixture of orthorhombic and tetragonal phases of WO3 with domains with different polarization orientations and hysteresis behavior as observed by piezoresponse force microscopy (PFM). Furthermore, using atom probe tomography (APT), the microstructure reveals the formation of N2-filled nanovoids that acts as strain centers producing a local deformation of the WO3 lattice into a non-centrosymmetric structure, which is related to piezoresponse observations.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000156913
Veröffentlicht am 16.03.2023
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien (IAM)
Institut für Nanotechnologie (INT)
Karlsruhe Nano Micro Facility (KNMF)
Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde (IAM-WK)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 1996-1944
KITopen-ID: 1000156913
HGF-Programm 43.31.01 (POF IV, LK 01) Multifunctionality Molecular Design & Material Architecture
Erschienen in Materials
Verlag MDPI
Band 16
Heft 4
Seiten Art.-Nr.: 1387
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch den KIT-Publikationsfonds
Vorab online veröffentlicht am 07.02.2023
Schlagwörter WO₃; films; PFM; APT; nanovoids; 2019-022-026969 APT FIB;
Nachgewiesen in Dimensions
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