放射光X線回折によるSi基板上エピタキシャル圧電薄膜の圧電主要因子の解明
| Project/Area Number |
21K14200
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
|
|---|
| Research Institution | Osaka Metropolitan University (2022-2023)
Osaka Prefecture University (2021) |
|---|
Principal Investigator |
譚 ゴオン 大阪公立大学, 国際基幹教育機構, 准教授 (00806060)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
|
|---|
| Keywords | 圧電薄膜 / エピタキシャル成長 / 放射光X線回折測定 / 結晶構造解析 / MEMSデバイス / 非鉛圧電薄膜材料 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
圧電材料を薄膜化し、圧電MEMS（微小電気機械システム）への応用が期待されている。MEMS加工の観点からSi基板上に高品質なエピタキシャル圧電薄膜を作製し、薄膜の物性や圧電特性を詳細に調査する必要があるが、そのような研究例は極めて少ない。申請者らは、最近バッファ層付きSi基板上に、圧電薄膜を大面積でエピタキシャル成長させることに成功した。本研究は、Si基板上のエピタキシャル圧電薄膜に対して、放射光X線回折を用いた電圧印加下での結晶構造解析を行い、デバイスとしての巨視的な圧電特性と比較する。これにより、圧電薄膜の圧電特性を決定する結晶学的な主要因子を明らかにすることを目的とする。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、これまでに研究例の少ないSi基板上のエピタキシャル圧電薄膜の圧電応答について、微視的・巨視的な特性の両方を明らかにし、圧電特性に寄与する結晶学的な因子を明らかにすることを目的としている。
R5年度は、R4年度に取り組んだバッファ層付きSi基板上に作製した様々なZr/Ti組成比のエピタキシャルPZT薄膜に対して、圧電特性の評価および結晶構造解析を実施した。さらに放射光施設SPring-8で電場を印加しながらのXRD測定にも取り組んだ。スパッタ法でバッファ層付きSi基板上に作製したPZT薄膜に関しては、Si基板上に作製した同組成の多結晶PZT薄膜に比べて低い誘電率を示し、圧電定数は印加電圧に対してより一定の傾向を示していた。これにより、振動発電素子（エナジーハーベスタ）としての性能指数が大きく、実際にデバイス応用のため素子を試作したところ、大きな振動発電が得られた。この結果を論文として発表した。SPring-8の測定においては、液相法の一つであるゾルゲル法を用いて作製したバッファ層付きSi基板上のエピタキシャルPZT薄膜に対して、電圧印加下でのXRD測定を行った。その結果、組成比の違いによって結晶ひずみを引き起こしている要因が大きく異なることが確かめられた。例えば、正方晶系の組成比を有するPZT薄膜に関しては格子ひずみの寄与はほとんど見られず、ドメイン回転によるひずみが大きく影響しているのに対して、菱面体晶系の組成比を有するPZT薄膜ではドメイン回転の寄与がほぼ見られず、代わりに大きな格子ひずみが観察された。この結果により、圧電効果の起源についての理解を深めることができた。得られた結果を論文としてまとめた。
|
Report
(3 results)
Research Products
(15 results)
