1999 Fiscal Year Annual Research Report

巨大ピエソ抵抗効果を示すチタン酸バリウム半導体細線を用いた高感度圧力センサーの開発

Research Project

Project/Area Number	10555214
Research Institution	UNIVERSITY OF TOKYO
Principal Investigator	桑原誠東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40039136)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	松田弘文東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (00282690) 宮澤薫一東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (60182010)
Keywords	チタン酸バリウム / ピエゾ抵抗効果 / 強誘電体 / 単一粒界 / ドメイン構造 / 圧力センサ / 類似粒界 / セラミック細線
Research Abstract	これまでの研究で、10-20μmのBaTio_3半導体の単一粒界が室温でゲージファクターで10^7を超える巨大な静的ピエゾ抵抗効果を示すことを明らかにしており、この特性を用いた高感度圧力センサの開発及び巨大なピエゾ抵抗効果を示す疑似粒界の創成を目指した基礎研究を行うことを目的としている。本研究課題で得られた主な成果を以下に記す。 1)BaTiO_3半導体単一粒界細線の作製: 市販の高純度BaTiO_3粉体を用い、適当量のバインダを加えたスラリーから曳糸し、それを焼成することにより直径10-20μmのBaTiO_3半導体単一粒界細線を作製した。ピエゾアクチュエータを用いた室温での周期的圧力の印加による測定から、ゲージファクター>10^5の動的ピエゾ抵抗効果の存在が確認された。 2)動的ピエゾ抵抗効果の機構解明: 偏光顕微鏡を用いた周期的圧力印加の下でのドメイン構造変化のその場測定を行った。その結果、セラミックス細線の軸方向に印加した引張りあるいは圧縮圧力に対する結晶粒子の伸縮が、90°ドメイン壁の発生と粒子内での移動をもたらすことを明らかにした。また、90°ドメイン壁が粒界に達したとき粒界部の抵抗がジャンプすることを見出した。偏光顕微鏡を用いた消光位の観察から、細線粒子内の自発分極軸方位を決定し、自発分極による表面電荷の補償モデルにより動的ピエゾ抵抗効果の機構が説明できることを明らかにした。現在、細線試料を用いて作製したプロトタイプ圧力センサの実用に向けての特性及び感度評価を行っている。 3)FIBによる疑似粒界の創成と特性: 直径10μmのBaTiO_3半導体細線粒子中に集束イオンビーム(FIB)法を用いてGa^<3+>イオンを打ち込み、キュリー温度で顕著な抵抗率のジャンプを示す疑似粒界の創成に成功した。現在、この疑似粒界の高分解能TEMによるナノ構造解析、及びPTCR及びピエゾ抵抗効果のGa^<3+>イオン打込みプロセス依存性に関する詳細な研究を進めている。

Research Products
(7 results)

All Other

All Publications (7 results)

[Publications] M.Kuwabara: "Domain-Wall Motion under Mechnical Stresses and Giant Piezoresistivity in Thin Barium Titanate Ceramic Bars"Pro.4th Int.Conf.Intelligent Mater. 14-17 (1998)
[Publications] H.Matsuda,K.Hamamoto,M.Kuwabara: "Stress Induced Resistivity Anomaly in Semiconducting BaTiO3 Ceramic W"J.Am.Ceram.Soc.. 81・1. 229-232 (1998)
[Publications] M.Kuwabara,H.Matsuda,K.Hamamoto: "Giant Piezoresistive Effects in Single Grain Boundaries of Semiconducting Barium Titanate Ceramics"J.Electroceramics. 4,suppl.1. 99-103 (1999)
[Publications] K.Hamamoto,H.Matsuda,K.Miyazawa,M.Kuwabara: "Piezoresistance in Thin BaTiO3 Ceramic Bars and Their Applications"Proc.9th US-Japan Seminar on Diele.&Piezoelectric Ceramics. 441-444 (1999)
[Publications] M.Kuwabara,K.Hamamoto: "Domain-Wall Motion under Mechanical Stresses and Giant Piezoresistivity in Thin Barium Titanate Ceramic Bars"J.Intelligent Mater.Sys.Str.. (in press). (2000)
[Publications] 桑原誠: "巨大機能物性発現セラミックスの創製と応用へのインパクト"化学工業. 50・11. 1月7日 (1999)
[Publications] 桑原誠: "フロンティアセラミックスが拓く世界"工業調査会 3章 20. (2000)

1999 Fiscal Year Annual Research Report

巨大ピエソ抵抗効果を示すチタン酸バリウム半導体細線を用いた高感度圧力センサーの開発

Principal Investigator

桑原 誠 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40039136)

Research Products

[Publications] M.Kuwabara: "Domain-Wall Motion under Mechnical Stresses and Giant Piezoresistivity in Thin Barium Titanate Ceramic Bars"Pro.4th Int.Conf.Intelligent Mater. 14-17 (1998)

[Publications] H.Matsuda,K.Hamamoto,M.Kuwabara: "Stress Induced Resistivity Anomaly in Semiconducting BaTiO3 Ceramic W"J.Am.Ceram.Soc.. 81・1. 229-232 (1998)

[Publications] M.Kuwabara,H.Matsuda,K.Hamamoto: "Giant Piezoresistive Effects in Single Grain Boundaries of Semiconducting Barium Titanate Ceramics"J.Electroceramics. 4,suppl.1. 99-103 (1999)

[Publications] K.Hamamoto,H.Matsuda,K.Miyazawa,M.Kuwabara: "Piezoresistance in Thin BaTiO3 Ceramic Bars and Their Applications"Proc.9th US-Japan Seminar on Diele.&Piezoelectric Ceramics. 441-444 (1999)

[Publications] M.Kuwabara,K.Hamamoto: "Domain-Wall Motion under Mechanical Stresses and Giant Piezoresistivity in Thin Barium Titanate Ceramic Bars"J.Intelligent Mater.Sys.Str.. (in press). (2000)

[Publications] 桑原 誠: "巨大機能物性発現セラミックスの創製と応用へのインパクト"化学工業. 50・11. 1月7日 (1999)

[Publications] 桑原 誠: "フロンティアセラミックスが拓く世界"工業調査会 3章 20. (2000)

桑原誠東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40039136)

[Publications] 桑原誠: "巨大機能物性発現セラミックスの創製と応用へのインパクト"化学工業. 50・11. 1月7日 (1999)

[Publications] 桑原誠: "フロンティアセラミックスが拓く世界"工業調査会 3章 20. (2000)