• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

室温合成可能な新規単純化合物強誘電体群の開拓

Research Project

Project/Area Number 22K18307
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

舟窪 浩  東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (90219080)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岡本 一輝  東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (60965937)
Project Period (FY) 2022-06-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥25,870,000 (Direct Cost: ¥19,900,000、Indirect Cost: ¥5,970,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
Keywords室温合成 / 単純構造強誘電体 / 反応層フリー特性
Outline of Research at the Start

本研究の目的は、超低消費電力で動作しCO2削減の切り札となる革新的強誘電体デバイスを実現するために、これまで不可能とされてきた室温合成可能な単純化合物強誘電体群を開拓することである。
研究代表者は、陽イオンが1種類で結晶構造がシンプルな単純化合物(AXやAX2)であれば結晶化のエネルギー障壁が低く、合成時の劇的な低温化が可能ではないかとの着想を得た。
本研究では、「強誘電体自身の結晶化エネルギー」と「強誘電体層と下部層との界面構造」の解析を行うことで、結晶構造由来の強誘電性では不可能とされてきた従来の常識を打破する“室温合成が可能な新規単純化合物強誘電体群”を開拓する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、超低消費電力で動作しCO2削減の切り札となる革新的強誘電体デバイスを実現するために、これまで不可能とされてきた室温合成可能な単純化合物強誘電体群を開拓することである。研究代表者は、陽イオンが1種類で結晶構造がシンプルな単純化合物(AXやAX2)であれば、結晶化のエネルギー障壁が低く合成時の劇的な低温化が可能ではないかとの着想を得た。本研究では、蛍石構造のHfO2基強誘電体とウルツ鉱構造のAlN基強誘電体を中心として結晶構造由来の強誘電性では不可能とされてきた、従来の常識を打破する“室温合成が可能な新規単純化合物強誘電体群”を開拓する。
本年度は、蛍石構造を有するHfO2基薄膜の内、強誘電性の得られる組成の広いHfO2-CeO2とウルツ鉱構造を有する(Al,Sc)N膜について、RFマグネトロンスパッタリング法を用いて非加熱での種々の組成の薄膜合成を、種々の基板上に試みた。その結果、以下を得た。
1.非加熱製膜した膜は基板の種類や下部電極の配向によらず(100)方向に配向しやすく、(100)が自己配向方向であることが明らかになった。この結果はHfO2-Y2O3膜でも観察されたことから、HfO2系強誘電体膜全体の傾向であることが明らかになった。
2.非晶質の透明電極ITO上に作製した膜では、膜厚が上昇するほど特性が向上した。TEM観察からその原因は、非晶質のITOの直上部分が十分に結晶化できていないことが明らかになった。この結果は、下部電極の結晶性改善によって、より特性が向上する可能性があることを示している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

特性を向上させるために、下部電極と膜の界面の制御が重要であることが確認でき、今後の研究方針が明らかになった。

Strategy for Future Research Activity

下部電極の結晶性を向上させ、膜の結晶性および特性との関係を解明する。最終的に、より優れた特性を有する膜の作製をめざす。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Comments on the Screening Results   Research-status Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] No‐Heating Deposition of Ferroelectric x%YO1.5-(100-x%)(Hf1-yZry)O2 Films2023

    • Author(s)
      Takanori Mimura, Reijiro Shimura, Akinori Tateyama, Yoshiko Nakamura, Takahisa Shiraishi, Hiroshi Funakubo
    • Journal Title

      physica status solidi (a)

      Volume: 220 Issue: 14

    • DOI

      10.1002/pssa.202300100

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Roadmap on ferroelectric hafnia- and zirconia-based materials and devices2023

    • Author(s)
      J. P. B. Silva, R. Alcala, U. E. Avci, N. Barrett, L. Begon-Lours, M. Borg, S. Byun, S-C. Chang, S-W. Cheong, D-H. Choe, J. Coignus, V. Deshpande, A. Dimoulas, C. Dubourdieu, I. Fina, H. Funakubo, ..., U. Schroeder
    • Journal Title

      APL Materials

      Volume: 11 Issue: 8

    • DOI

      10.1063/5.0148068

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Systematic Investigation of Ferroelectric Properties in x%YO1.5-(100-x%)Hf1-yZryO2 Films2023

    • Author(s)
      Mimura Takanori, Tashiro Yuki, Shimizu Takao, Funakubo Hiroshi
    • Journal Title

      ACS Applied Electronic Materials

      Volume: 5 Issue: 3 Pages: 1600-1605

    • DOI

      10.1021/acsaelm.2c01658

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Lower ferroelectric coercive field of ScGaN with equivalent remanent polarization as ScAlN2022

    • Author(s)
      Uehara Masato, Mizutani Ryoichi, Yasuoka Shinnosuke, Shimizu Takao, Yamada Hiroshi, Akiyama Morito, Funakubo Hiroshi
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 15 Issue: 8 Pages: 081003-081003

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac8048

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Composition dependence of ferroelectric properties in (111)-oriented epitaxial HfO2-CeO2 solid solution films2022

    • Author(s)
      Hirai Koji, Shiraishi Takahisa, Yamaoka Wakiko, Tsurumaru Risako, Inoue Yukari, Funakubo Hiroshi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 61 Issue: SN Pages: SN1019-SN1019

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac80e9

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tunable Ferroelectric Properties in Wurtzite (Al0.8Sc0.2)N via Crystal Anisotropy2022

    • Author(s)
      Yasuoka Shinnosuke, Mizutani Ryoichi, Ota Reika, Shiraishi Takahisa, Shimizu Takao, Uehara Masato, Yamada Hiroshi, Akiyama Morito, Funakubo Hiroshi
    • Journal Title

      ACS Applied Electronic Materials

      Volume: 4 Issue: 11 Pages: 5165-5170

    • DOI

      10.1021/acsaelm.2c00999

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] On the switching dynamics of epitaxial ferroelectric CeO2-HfO2 thin film capacitors2022

    • Author(s)
      Felix Cueppers, Hirai Koji, Funakubo Hiroshi
    • Journal Title

      Nano Convergence

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 56-56

    • DOI

      10.1186/s40580-022-00344-4

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Progress of Research on None-Perovskite Dielectric Materials2024

    • Author(s)
      Hiroshi Funakubo, Kazuki Okamoto, Takao Shimizu, and Tomoaki Yamada
    • Organizer
      STAC-D2MatE 2024 (The International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics - Data Driven Materials Research for Electronics 2024)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スパッタリング法によるHfO2-CeO2強誘電体薄膜のYSZ基板上への非加熱合成2024

    • Author(s)
      茶谷那知、平井浩司、安岡慎之介、岡本一輝、山岡和希子、井上ゆか梨
    • Organizer
      第62回セラミックス基礎科学討論会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Stabilization and Identification of Ferroelectric HfO2 Thin Films2023

    • Author(s)
      Hiroshi Funakubo, Yuma Takahashi, Takahisa Shiraishi, Kodera Masanori, Reijiro Shimura, Takanori Mimura, Keisuke Ishihama, Kazuki Okamoto, Hiroki Moriwake, Ayako Taguchi, Takao Shimizu, Yasuhiro Fujii, Akitoshi Koreeda
    • Organizer
      IWDTF2023 (2023 International Workshop on Dielectric Thin Films for Future Electron Devices - Science and Technology)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Ferroelectric and Piezoelectric Properties of Non-perovskite Simple Oxide2023

    • Author(s)
      Hiroshi Funakubo, Takao Shimizu, Takanori Mimura, and Kazuki Okamoto
    • Organizer
      MRM2023/IUMRS-ICA2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] スパッタリング法によるHfO2-CeO2強誘電体厚膜の非加熱合成2023

    • Author(s)
      茶谷那知、平井浩司、安岡慎之介、岡本一輝、山岡和希子、井上ゆか梨、舟窪浩
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report 2022 Research-status Report
  • [Presentation] No heating deposition of CeO2-HfO2 ferroelectric thick films by sputtering method2023

    • Author(s)
      Nachi Chaya, Koji Hirai, Shinnosuke Yasuoka, Kazuki Okamoto, Wakiko Yamaoka, Yukari Inoue, and Hiroshi Funakubo
    • Organizer
      MNC 2023 (36th International Microprocesses and Nanotechnology Conference)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 正方晶Pb(Zr,Ti)O3薄膜における圧電特性の膜厚依存性2023

    • Author(s)
      茶谷那知、平井浩司、安岡慎之介、岡本一輝、舟窪浩
    • Organizer
      第61回セラミックス基礎科学討論会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] NbN電極上に作製したエピタキシャル(Al, Sc)N膜の電気特性評価2023

    • Author(s)
      安岡慎之介、大田怜佳、岡本一輝、清水荘雄、舟窪浩
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Ferroelectricity of 20-nm Thick (Al0.8Sc0.2)N Thin Films with TiN Electrodes2022

    • Author(s)
      Ota Reika, Yasuoka Shinnosuke, Mizutani Ryoichi, Shiraishi Takahisa, Kakushima Kuniyuki, Funakubo Hiroshi
    • Organizer
      2022 U.S.-Japan Seminar on Dielectric and Piezoelectric Ceramics
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Book] CSJカレントレビュー 固体材料開発のフロンティア - 熱力学的支配を超えた物質合成と新機能開拓を目指して2024

    • Author(s)
      舟窪浩、清水荘雄
    • Total Pages
      6
    • Publisher
      化学同人
    • ISBN
      9784759814095
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Remarks] 東京工業大学 物質理工学院 材料系材料コース 舟窪研究室

    • URL

      https://f-lab.iem.titech.ac.jp/

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Remarks] 東京工業大学 物質理工学院 材料系材料コース 舟窪研究室

    • URL

      https://f-lab.iem.titech.ac.jp/

    • Related Report
      2022 Research-status Report

URL: 

Published: 2022-07-05   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi