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複合酸化物薄膜の成長過程における触媒作用の解明

Research Project

Project/Area Number 15760224
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Electronic materials/Electric materials
Research InstitutionShibaura Institute of Technology

Principal Investigator

山口 正樹  芝浦工業大学, 工学部, 助教授 (70311975)

Project Period (FY) 2003 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
Fiscal Year 2004: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2003: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Keywords強誘電体薄膜 / 不揮発性メモリ応用 / 下部白金電極 / 熱的安定性 / 触媒作用 / 低温化 / 有機金属分解法 / 強誘電特性 / 複合酸化物薄膜 / 機能性材料 / 低温合成 / 原料交互塗布 / インクジェットプリンティング法 / 傾斜機能
Research Abstract

複合酸化物材料の中でも強誘電体は,外部電界により容易に反転可能な自発分極を有するため,次世代不揮発性メモリ材料として応用が期待されている.しかし,一般に結晶化温度が高いという問題があり,広く応用するためには低温結晶化技術の開発が必要とされる.本研究では,触媒作用が期待されるシリケート材料を用い,強誘電体材料の低温結晶化を実現するとともに,そのメカニズムの解明を目指している.
一般的な半導体であるシリコン基板上への強誘電体材料の形成では,結晶化処理過程において基板からのシリコン元素拡散が起こるため,シリケート添加効果を明確にすることが難しい.そこで,白金コートシリコン基板の形成を行った.シリコン基板上での白金薄膜は,比較的低温の300℃程度で再結晶化を起こすため,強誘電体薄膜の結晶化過程で不安定となる.本研究において,拡散バリア層,接着層などの最適化を行うことにより,白金薄膜に引張り応力を作用させることで,熱的安定性が改善されることを示した.白金電極の熱的安定性の向上は,強誘電体薄膜の応用に関するひとつの懸案事項であるため,本成果は有益な指針を与えたものと考える.
他方,触媒材料としてシリコン,強誘電体材料としてチタン酸ビスマスを用い,そのシリコン添加効果について上記の安定化白金基板上において検討を行った.その結果,シリコン元素添加により結晶化温度の低減,ならびに配向性の向上が認められた.また,表面平坦性の向上と絶縁特性の改善が併せて確認されている.しかし,結晶格子定数の評価からはシリコン元素は殆ど結晶格子には取り込まれていないものと考えられる.また試料の構造上,蒸気圧の高いビスマス抜けによる結晶欠陥が原因となり,絶縁性ならびに強誘電特性が劣化する.シリコンならびにビスマス過剰添加量を最適化することにより,強誘電特性が発現することから,ビスマス欠陥が分極反転を妨げる働きをしているものと考えられる.
以上のことより,強誘電体薄膜の合成において,触媒添加は結晶化温度の低減に有効であることが示されたが,元素置換をするのではなく,シリケートあるいは金属酸化物として結晶粒界に析出しているものと考えられる.そのために強誘電相と常誘電相が混在し,印加電界が強誘電相に作用しなくなるため,添加量には最適値が存在するものと結論した.

Report

(2 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report

Research Products

(9 results)

All 2005 2004 Other

All Journal Article (8 results) Publications (1 results)

  • [Journal Article] Pt電極の安定化によるBi_4Ti_3O_<12>薄膜特性の改善2005

    • Author(s)
      山口, 山本, 佐藤, 増田
    • Journal Title

      第52回応用物理学会関係連合講演会講演予稿集

      Pages: 641-641

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] 白金上チタン酸ビスマス薄膜における過剰ビスマス添加効果2005

    • Author(s)
      山口, 山本, 増田
    • Journal Title

      電子情報通信学会研究技術報告 SDM2004-254

      Pages: 29-33

    • NAID

      110003311250

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] BIT薄膜に及ぼす下部Pt電極の安定性2004

    • Author(s)
      山口, 山本, 佐藤, 増田
    • Journal Title

      電子情報通信学会研究技術報告 SDM2004-197

      Pages: 31-36

    • NAID

      110003311193

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Si基板上Bi_4Ti_3O_<12>薄膜への触媒添加効果2004

    • Author(s)
      山口, 増田
    • Journal Title

      第65回応用物理学会学術講演会講演予稿集

      Pages: 482-482

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] チタン酸ビスマス薄膜におけるシリコン添加効果2004

    • Author(s)
      山口, 増田
    • Journal Title

      第21回強誘電体応用会議

      Pages: 61-62

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] シリコン基板上に作成したチタン酸ビスマス薄膜におけるシリコン添加の効果2004

    • Author(s)
      山口, 増田
    • Journal Title

      第51回応用物理学関係連合講演会講演予稿集

      Pages: 614-614

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Pt基板における熱的安定性の改善

    • Author(s)
      山口, 山本, 増田
    • Journal Title

      第22回強誘電体応用会議 (発表予定)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Thermal Stability of Platinum Bottom Electrode for Bismuth Titanate Thin Films

    • Author(s)
      Yamaguchi, Yamamoto, Masuda
    • Journal Title

      The 17^<th> International Symposium on Integrated Ferroelectrics (発表予定)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] Masaki Yamaguchi, Yoichiro Masuda: "Preparation of Bismuth Titanate Thin Films by Alternately Applying Metal-Organic Decomposition and Their Properties"Japanese Journal of Applied Physics. 42・9. 5973-5976 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-03-31   Modified: 2016-04-21  

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