2001 Fiscal Year Annual Research Report

強誘電体薄膜のグレインバウンダリが電気特性に及ぼす影響の解明とメモリ素子への応用

Research Project

Project/Area Number	12450131
Research Institution	Himeji Institute of Technology
Principal Investigator	清水勝姫路工業大学, 工学部, 助教授 (30154305)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	藤沢浩訓姫路工業大学, 工学部, 助手 (30285340) 丹生博彦姫路工業大学, 工学部, 教授 (40047618)
Keywords	強誘電体薄膜 / 強誘電体メモリ / Pb(Zr, Ti)O_3(PZT) / グレインサイズ制御 / グレインバウンダリ / MOCVD法 / 圧電応答顕微鏡 / エピタキシャルPZT薄膜
Research Abstract	本年度の研究実施計画に従い、引き続きPb(Zr, Ti)O_3(PZT)薄膜のグレインサイズの制御とそれが強誘電体メモリ特性に及ぼす影響について調べたところ、以下の知見が得られた。 1.PbTiO_3やPZTをシードに用いた2段階MOCVD成長法により、Pt/SiO_2/SiやIr/SiO_2/Si基板上にPZT薄膜を395-485℃という低温で成長させることができた。 2.2段階成長法において395℃で作製したPZT薄膜の結晶性やグレインサイズ、強誘電性のシード堆積時間依存性を調べたところ、シードが島状構造である場合はその上のPZTの結晶性や強誘電性、リーク電流密度はシードを用いない場合に比べ改善される。また、グレインサイズは、シードを用いない場合に比べ増大した。しかし、シードがある一定以上の膜厚を有する層である場合は、逆にPZT膜の結晶性や強誘電性は劣化し、グレインサイズも小さくなった。 3.Ir/SiO_2/Si基板上のPZT薄膜の結晶性やグレインサイズ、表面平坦性、リーク電流密度、強誘電性などは、Ir表面の酸化状態に影響を受け、酸化したIr表面上に成長したPZT膜は結晶性および電気特性が劣る傾向が観察され、グレインサイズやグレインバウンダリが電気特性に影響を及ぼすことが確認された。 4.走査プローブ顕微鏡(SPM)を用いた圧電応答法(圧電応答顕微鏡)により、ナノサイズでのPZT薄膜の分極反転過程を観察したところ、膜厚及び面内方向の分極反転広がり速度は、エピタキシャル膜の方が多結晶膜より速く、配向の違いやグレインバウンダリの有無が分極反転速度に関係している事がわかった。 5.SrRuO_3/SrTiO_3上に得られたグレインバウンダリのないPZTエピタキシャル膜は、膜厚30-60nmと非常に薄いにもかかわらず良好な強誘電性を示し、強誘電体メモリの低電圧駆動化、高集積化に有望であることが分かった。

Research Products
(7 results)

All Other

All Publications (7 results)

[Publications] M.Shimizu: "MOCVD of Ir and IrO_2 Thin Films for PZT Capacitors"Materials Research Symposium Proceedings. 665. CC1.10.1-CC1.10.6 (2001)
[Publications] H.Fujisawa: "Low-Temperature Fabrication of Ir/Pb(Zr,Ti)O_3/Ir Capacitors Solely by Metalorganic Chemical vapor Deposition"Japanese Journal of Applied Physics. 40. 5531-5553 (2001)
[Publications] M.Shimizu: "Low Temperature Growth of Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films by Two Step MOCVD Using Seeds"Ferroelectrics. (印刷中). (2002)
[Publications] H.Fujisawa: "Investigation of Polarization Switching Processes in Pb(Zr,Ti)O_3 Capacitors Using Piezoresponse Imaging"Ferroelectrics. (印刷中). (2002)
[Publications] M.Shimizu: "Growth of Ferroelectric PbZr_xTi_<1-x>O_3 Thin Films by Metalorganic Chemical Vapor Deposition"Journal of Crystal Growth. (印刷中). (2002)
[Publications] H.Fujisawa: "Observations of Initial Growth Stage of Epitaxial Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films on SrTiO_3(100) Substrate by MOCVD"Journal of Crystal Growth. (印刷中). (2002)
[Publications] 清水勝(分担執筆): "誘電体材料の特性と測定・評価および応用技術"技術情報教会. 11 (2001)

2001 Fiscal Year Annual Research Report

強誘電体薄膜のグレインバウンダリが電気特性に及ぼす影響の解明とメモリ素子への応用

Principal Investigator

清水 勝 姫路工業大学, 工学部, 助教授 (30154305)

Research Products

[Publications] M.Shimizu: "MOCVD of Ir and IrO_2 Thin Films for PZT Capacitors"Materials Research Symposium Proceedings. 665. CC1.10.1-CC1.10.6 (2001)

[Publications] H.Fujisawa: "Low-Temperature Fabrication of Ir/Pb(Zr,Ti)O_3/Ir Capacitors Solely by Metalorganic Chemical vapor Deposition"Japanese Journal of Applied Physics. 40. 5531-5553 (2001)

[Publications] M.Shimizu: "Low Temperature Growth of Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films by Two Step MOCVD Using Seeds"Ferroelectrics. (印刷中). (2002)

[Publications] H.Fujisawa: "Investigation of Polarization Switching Processes in Pb(Zr,Ti)O_3 Capacitors Using Piezoresponse Imaging"Ferroelectrics. (印刷中). (2002)

[Publications] M.Shimizu: "Growth of Ferroelectric PbZr_xTi_<1-x>O_3 Thin Films by Metalorganic Chemical Vapor Deposition"Journal of Crystal Growth. (印刷中). (2002)

[Publications] H.Fujisawa: "Observations of Initial Growth Stage of Epitaxial Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films on SrTiO_3(100) Substrate by MOCVD"Journal of Crystal Growth. (印刷中). (2002)

[Publications] 清水 勝(分担執筆): "誘電体材料の特性と測定・評価および応用技術"技術情報教会. 11 (2001)

清水勝姫路工業大学, 工学部, 助教授 (30154305)

[Publications] 清水勝(分担執筆): "誘電体材料の特性と測定・評価および応用技術"技術情報教会. 11 (2001)