新強誘電体薄膜の探索

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12134206
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (B)
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 藤村 紀文 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50199361)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田畑 仁 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (00263319) ; 松井 利之 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20219372)
• Keywords: 新強誘電体メモリ / YMnO_3 / 強誘電体ゲートトランジスタ / 新強誘電体物質設計 / 減分極電界 / カルコゲン系強誘電体 / BaZrO_3 / リラクサー強誘電体

Research Abstract

昨年度報告書記載分
強誘電体ゲートトランジスタに最適な新強誘電体物質の探索に関しては、藤村がYMnO_3系物質を、田畑がカルコゲン系物質を中心に検討を行っている。YMnO_3系物質についてはサイト置換によるキュリー点の低減、共有伝特性の改善を目的に、カルコゲン系物質に関しては、自発分極と抗電界の増大、界面特性の向上を目的とした研究に着手した。前者はMFIS、後者はMFSに向けた物質として別個に開発されているが、特性の評価は大学間を連携して行っている。当該デバイスの問題点を記憶保持特性の改善と認識し、記憶保持特性に及ぼす界面分極や空間電荷の再配列、リーク電流、減分極電界の影響に関する研究(藤村)にも着手し、保持特性の向上には十分に飽和させた分極を利用しなければならないことが確認された。本年度の重要な研究結果としてMFIS構造を有するエピタキシャルYMnO_3/Y_2O_3/Si構造を用いてはじめて分極飽和が観察されたことである。また、分極飽和が得られたことにより、保持特性も1万秒以上と大きく改善した。これらのメモリー保持特性には、金属/強誘電体/(絶縁体)/半導体のバンドアライメントの影響を強く受けるために、XPSやSPMを用いた仕事関数、価電子帯準位や伝導帯準位の測定方法を確立した(田畑)。また、シリコン/強誘電体界面の原子スケールでの制御がリーク電流や空間電荷に及ぼす影響も記憶保持特性の改善には極めて重要である。田畑は低エネルギープラズマ窒化装置を自作し、超平坦極薄酸窒膜の形成に成功し、この領域での研究の飛躍が期待させる。
その他、藤村はBaZrO_3のSi上へのエピタキシャル成長に成功するとともにZnO:Li強誘電体を用いて高速光スイッチング動作に成功するなどの成果が得られた。田畑は高誘電率新物質としてBa(Zr,Ti)O_3系の超格子の作成を試みている。現在は安田(岐阜大)班のバルクの情報を基に単層膜での基礎検討を行い、リラクサー的挙動を確認している。

Research Products

• [Publications] T.Shimura, N.Fujimura, T.Wakano, T.Yoshimura, T.Ito: "Polarization behavior of Li-doped ZnO thin films on Si"Applied Physics A. (accepted). (2001)
• [Publications] T.Nagata, A.Ashida, N.Fujimura, T.Ito: "Electro-optic Property of ZnO:X(X=Li,Mg)Thin Films"Journal of Crystal Growth. (accepted). (2001)
• [Publications] T.Nagata, T.Shimura, Y.Nakano, A.Ashida, N.Fujimura, T.Ito: "Ferroelectricity in Li-Doped ZnO:X Thin Films and the Application for the Optical Switching Devices"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. 5615-5618 (2001)
• [Publications] D.Ito, N.Fujimura, K.Kakuno, T.Ito: "Retention property analisis of epitaxially grown YMnO_3/Y_2O_3/Si capacitor"Ferroelectrics. (accepted). (2001)
• [Publications] T.Wakano, N.Fujimura, N.Abe, Y.Morinaga, A.Ashida, T.Ito: "Magnetic and magneto-transport properties of ZnO:Ni films"Physica E. 10. 260-264 (2001)
• [Publications] T.Yamaguchi, H.Kato, N.Fujimura, T.Ito: "Annealing behavior of electrical properties in plasma-exposed Ti/p-Si interfaces"Thin Solid Films. 396. 119-125 (2001)
• [Publications] K.Kakuno, D.Ito, N.Fujimura, T.Matsui, T.Ito: "Growth process and interfacial structure of epitaxial Y_2O_3/Si thin films deposited by PLD"Journal of Crystal Growth. (accepted). (2001)
• [Publications] N.Fujimura, D.Ito, T.Ito: "The progress of the YMnO_3/Y_2O_3/Si system for ferroelectric gate field effect transistor"Ferroelectrics. (accepted). (2001)
• [Publications] K.Ueda, Y.Muraoka, H.Tabata, T.Kawai: "Atomic ordering in the LaFe_<0.5>Mn_<0.5>O_3 solution film"Appl.Phys.Lett.. 78(4). 512-514 (2001)
• [Publications] K.Ueda, H.Tabata, T.Kawai: "Control of magnetic properties in LaCrO_3-LaFeO_3 artificial superlattices"J.Appl.Phys.. 89(5). 2847-2851 (2001)
• [Publications] Y.Hotta, E.Rokuta, H.Tabata, H.Kobayashi, T.Kawai: "Optimization of electronic-band alignments at ferroelectric(Zn_xCd_<1-x>S/Si(100) interfaces"Appl.Phys.Lett.. 78(21). 3283-3285 (2001)
• [Publications] E.Rokuta, Y.Hotta, J.-H.Choi, H.Tabata, H.Kobayashi, T.Kawai: "Ferroelectric Bi_4Ti_3O_<12> Films on Si(100)with An Ultrathin Buffer Layer of Silicon Oxynitride: A Comparative Study Using X-Ray Photoelectron Spectroscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. 5564-5568 (2001)
• [Publications] E.Rokuta, Y.Hotta, T.Kubota, H.Tabata, H.Kobayashi, T.Kawai: "Effects of an ultrathin silicon oxynitride buffer layer on electrical properties of ferroelectric Bi_4Ti_3O_<12> thin films on p-Si(100)surfaces"Appl.Phys.Lett.. 79(3). 403-405 (2001)
• [Publications] Y.Muraoka, H.Tabata, T.Kawai: "Effects of light-irradiation on spin-glass state and magnetoresistive properties of Zn_<0.5>Co_<0.5>Fe_2O_4 spinel ferrite films"Solid State Commn.. 120. 255-258 (2001)
• [Publications] E.Rokuta, J.-H.Choi, Y.Hotta, H.Tabata, H.Kobayashi, T.Kawai: "Interface control of Bi_4Ti_3O_<12> film growth on Si(100)by use of an ultrathin silicon oxynitride buffer layer"Appl.Phys.Lett.. 79(12). 1858-1860 (2001)
• [Publications] .Hotta, E.Rokuta, J.H.Choi, H.Tabata, T.Kawai: "Determination of the optimal cation compositiion of ferroelectric(Zn,Cd)S thin films for an application to based nonvolatile memories"Appl.Phys.Lett.. (accepted). (2002)