1999 Fiscal Year Annual Research Report
デジタル制御低温プラズマMOCVD法によるPZT完全結晶薄膜の創製と薄膜形成機構
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11450242
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
篠崎 和夫 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (00196388)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐伯 淳 東京工業大学, 工学部, 助手 (50221255)
脇谷 尚樹 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (40251623)
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| Keywords | デジタル制御MOCVD / バッファー層 / 組成傾斜膜 / 残留応力 / Pb(Zr,Ti)O_3(PZT) / PbTiO_3 / PbZrO_3 / Nb-SrTiO_3 |
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| Research Abstract |
本研究はデジタル制御低温プラズマMOCVD装置を用いて,基板と目的とする薄膜の間に異なる組成をもつバッファー層や組成を厚さ方向に傾斜させたバッファー層を導入し,薄膜ー基板間の応力や挌子定数のミスマッチを制御して,薄膜に異なる応力を与えた完全結晶薄膜を作成することを目指している.初年度の今年は薄膜にPb(Zr,Ti)O_3(PZT)を,基板に挌子定数が比較的近いSrTiO_3(ST)単結晶を用い,様々なバッファー層を形成し,PZT薄膜の単結晶性と残留応力について検討した.
Pb原料を連続供給したまま、Zr,Ti原料を交互あるいは一方をパルス状に供給しバッファー層を成膜した.さらにバッファー層上にPZT薄膜を成膜し,X線回折、極点図形,精密X線回折装置(MRD),XPS等を用いて結晶性、配向性,組成などを評価した.その結果,ST(100)単結晶基板上に成膜した全てのPZT系薄膜はエピタキシャル成長した.PT→PZT傾斜組成バッファー層またはPZ→PZT傾斜組成バッファー層上に成膜したPZT薄膜(膜厚はバッファー層50nm、PZT50nm)を,ST基板上に直接成膜したPZT(50nm)と比較すると,PT→PZTバッファー層を持つPZT薄膜では、PZT面内方向の残留応力が約0.7GPa緩和した。また逆に、PZ→PZT傾斜組成バッファー層を導入した場合は、残留応力が1.2Gpa程度増加した.また,膜厚が薄いPT(25nm)バッファー層では残留応力の減少が最も大きく約1.3GPa減少した.また、MRDの逆挌子空間マッピングからもバッファー層の導入による組成傾斜と応力緩和作用が確認できた.これらの現象は熱膨張率と格子定数の差により理解することができた.すなわち,種々のバッファー層の導入により,PZT薄膜の残留応力を制御することができた.
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[Publications] H.Uchida,A.Saiki,N.Wakiya,K.Shinozaki and N.Mizutani: "Effect of the Residual Stress induced by External Stress Application on Dielectric Properties of Epitaxial Lead Titanate Film"J. Ceram. Soc. Japan. 108〔1〕. 21-25 (2000)
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[Publications] 永田真吾,脇谷尚樹,篠崎和夫,増田善男,永谷惟恭: "減圧熱プラズマ成膜法によるチタン酸鉛PbTiO_3薄膜の合成に及ぼす成膜圧力の影響"日本金属学会誌. 63〔1〕. 62-67 (1999)
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[Publications] 玄 一,黒柳一誠,脇谷尚樹,篠崎和夫,永谷惟恭: "MOCVD法によるPbTiO_3薄膜の成長様式と成膜速度が配向性に及ぼす影響"日本セラミックス協会学術論文誌. 107〔10〕. 955-960 (1999)
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[Publications] 内田寛,水口賢紀,佐伯淳,脇谷尚樹,石澤伸夫,篠崎和夫,永谷惟恭: "非対称X線回折によるエピタキシャル薄膜の残留応力の評価手法"日本セラミックス協会学術論文誌. 107〔7〕. 606-610 (1999)
