窒化アルミニウム基エピタキシャル薄膜を用いた強誘電性サイズ効果の解明
| Project/Area Number |
21H01617
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
舟窪 浩 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (90219080)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上原 雅人 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (10304742)
木口 賢紀 熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 教授 (70311660)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
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| Keywords | 窒化アルミニウム / 強誘電性 / サイズ効果 / エピタキシャル膜 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、研究代表者が世界に先駆けて2020年に9 nmの薄膜でも強誘電性を確認した窒化アルミ基強誘電体薄膜を用いて、約130μC/cm2の巨大強誘電性を有するエピタキシャル膜を作製し、強誘電性の薄膜化による劣化現象である“サイズ効果”の起源を解明することである。
本研究では、膜厚によって結晶配向性が変化しないエピタキシャル膜を作製し、巨大強誘電性の“サイズ効果”の解明を行う。過去最大級の自発分極値を有する窒化アルミ基強誘電体では、“サイズ効果フリー特性”が期待できる。更にその絶対値の大きさから詳細な解析が可能であると期待でき、強誘電体薄膜研究の最大の未解決課題の解明が期待できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
AlN[(Al,Sc)N]は、六方晶の対象中心の無いウルツ鉱構造を有し、膜厚300nmの分極軸であるc軸一軸配向膜について強誘電性が実験的に確認された。研究代表者は、この強誘電性の発現起源の違いがサイズ効果と深く関係しており、強誘電性の起源がHfO2に近い蛍石構造やウルツ鉱構造強誘電体では、サイズ効果はほとんど観察されないと考えている。本研究の目的は、巨大強誘電性を有するAlN基エピタキシャル膜を作成し、その巨大強誘電性の詳細な解析を行うことで、“サイズ効果”の起源を解明することである。本研究では、(Al,Sc)Nおよび(Ga,Sc)N膜を作成し、その強誘電性を調査した。
RFマグネトロン法で作成した (Al,Sc)Nについては、従来の蒸着で作製したPt上部電極に加えて、スパッタリング法で作製したTiN電極およびPt電極の場合も(Al,Sc)Nの薄膜化の検討を行った。その結果、膜厚が約20nmまでの領域では、電極の種類や作製法によらず大きな残留分極値の低下は確認できなかった。このことから膜厚20nmの範囲では、膜全体の残留分極値は電極と膜の界面から大きな影響を受けないと言える。また、エピタキシャル成長させたNbN電極上に作製したc軸配向のエピタキシャル膜についても薄膜化の検討を行った。その結果、膜厚が50nmまでは残留分極の大きな劣化は見られず、面内の配向は薄膜化には大きな影響を及ぼさないことが明らかになった。絶縁性については、エピタキシャル膜の方が一軸配向膜よりリーク電流が大きい結果となった。この理由について、180°ドメインの境界でのリーク可能性の考察を行った。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(34 results)
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[Journal Article] Enhancement of crystal anisotropy and ferroelectricity by decreasing thickness in (Al,Sc)N films2022
Author(s)
Yasuoka Shinnosuke, Mizutani Ryoichi, Ota Reika, Shiraishi Takahisa, Shimizu Takao, Yasui Shintaro, Ehara Yoshitaka, Nishida Ken, Uehara Masato, Yamada Hiroshi, Akiyama Morito, Imai Yasuhiko, Sakata Osami, Funakubo Hiroshi
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Journal Title
Journal of the Ceramic Society of Japan
Volume: 130
Issue: 7
Pages: 436-441
DOI
ISSN
1348-6535, 1882-0743
Year and Date
2022-07-01
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[Presentation] Control of Ferroelectric Property in (Al1-xScx)N Films Prepared by Sputtering Method2021
Author(s)
Hiroshi Funakubo, Shinnosuke Yasuoka, Ryoichi Mizutani, Takahisa Shiraishi, Akinori Tateyama, Takao Shimizu, Masato Uehara, Hiroshi Yamada, Morito Akiyama, Yoshiomi Hiranaga, and Yasuo Cho
Organizer
2021 MRS Fall Meeting & Exhibit
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