ゾルゲル法によるFRAM用強誘電性ビスマス系薄膜の合成と誘電的特性

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650928
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Shonan Institute of Technology
• Principal Investigator: 林 卓 湘南工科大学, 工学部, 教授 (70023265)
• Keywords: ゾル・ゲル / FRAM / 強誘電性 / 薄膜 / ビスマス系 / メモリー

Research Abstract

SrBi_2Ta_2O_9(SBT)薄膜は、分極反転に伴う特性劣化が少ないことから、特に、不揮発生メモリへの応用が期待されている。本研究では、Sr、Bi、Taの金属アルコキシドを用いたゾル・ゲル法によりSBT薄膜を作製し、その結晶性、微構造及び誘電特性を評価した。
薄膜の組成として、Sr_<0.7>Bi_<2.2>.Ta_2O_9を用いた。前駆体溶液は2通りの方法で作製した。1つは、SrアルコキシドとTaアルコキシドを混合溶解した後に、Biアルコキシドを加える方法であり、他方は、SrアルコキシドとBiアルコキシドを混合溶解した後にTaアルコキシドを加える方法である。また前駆体溶液にアルコキシド溶液の安定性および膜配向性制御のために、アセチルアセントを添加した。SBT前駆体溶液をPt/Ti/SiO_2/Si基板上にスピンコーティングし、室温乾燥後、500℃で仮焼し、800℃、1h酸素雰囲気中で熱処理を行い、SBT薄膜を作製した。SBT前駆体溶液の調製方法の違いにより、生成膜の配向性が異なることがわかった。Sr-Ta複合アルコキシドとBiアルコキシドの混合溶液からは、(00l)面に配向した薄膜と無配向を示した薄膜が作製され、一方、Sr-Bi複合アリコキシドとTaアルコキシドの混合溶液からはランダム配向した薄膜が得られた。薄膜の微構造は、(00l)面に配向した薄膜では石垣状、ランダムに配向したでは米粒状であり、その微構造は異なった。強誘電特性は、SBTはc軸方向に分極軸をもたないため、(00l)面に配向した薄膜では、残留分極値は低い値を示した。これに対し、(105)面の強い回折ピークを持つ無配向膜では、比較的良く飽和したヒステリシス曲線が得られ、Pr=4.8μC/cm^2,Ec=60kV/cmを示した。また、急速昇温加熱(RTA)処理により強誘電特性は、さらに改善された。

Research Products

• [Publications] Takashi HAYASHI: "Preparation and Dielectric Properties of SrBi_2Ta_2O_9 Thin Films by Sol-Gel Method" Jpn.J.Appl.Phys.36. 5900-5903 (1997)
• [Publications] Hisao SUZUKI: "Low Temperature Processing of Highly Oriented Pb(Zro.53Tio.47)O_3 Thin Filmes with Multi-Seeding Layers" Jpn.J.Appl.Phys.36. 5803-5807 (1997)