強誘電体薄膜メモリー実現のための新しい強誘電体材料および物性評価法の提案

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450266
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 鶴見 敬章 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (70188647)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 和田 智志 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (60240545)
• Keywords: 強誘電体薄膜メモリー / ヒステリシス曲線 / スパッタリング法 / ドメイン構造 / チタン酸鉛 / ペロブスカイ化合物

Research Abstract

本研究は、強誘電体薄膜メモリーを実現するために必要となる2つの要素技術、すなわち、1)高周波領域での分極一電界ヒステリシス曲線の測定手法の確立、2)450℃以下の低温で結晶化し優れた特性を有する新材料の開発1を目的としている。1)については、通常のソーヤ・タワー回路では測定が不可能なため、昨年度、高速動作が可能なオペアンプを用いた電流一電圧変換回路により測定を行った。しかし、回路設計が完全ではなかったため高周波では位相が変化するという問題があった。そこで、本年度は電子回路シミュレータSPICEにより、最適な測定回路の設計を行い、それに基づき高周波回路技術を用いて電流-電圧変換回路および積分回路を作製した。この回路により標準試料として用いたセラミックスコンデンサーについては10MHz程度までの測定が可能となった。また、高周波測定にはCR積で決まる回路の時定数を低減するため、なるべく小さな電極を形成することが重要である。そこで電子線ビームリソグラフ装置を新たに作製し、直径5μm程度の微小電極を作製した。高周波領域でのヒステリシス曲線の測定により、強誘電体薄膜の分極反転速度を決めている過程は、分極反転ドメインの核形成過程であることを突き止めた。これにより高速メモリーを実現するための指針を得ることができた。
一方、2)についてはチタン酸鉛-チタン酸ストロンチウム系を新しい材料として提案した。この材料をRFスパッタリング法を用いて薄膜として作製したところ、430℃でベロブスカイト単相に結晶化することが明らかとなった。成膜条件を変化させて薄膜作製を試みたが、430℃が、この材料の結晶化には必要であることがわかった。作製した薄膜の残留分極は20μC/cm^2程度と比較的良好であることがわかった。

Research Products

• [Publications] Takaaki TSURUMI: "High Frequency Measurements of P-E Hystereis Curves of PZT Thin Films"3rd Asian Meeting on Ferroelectrics, Technocal Program Book. 123 (2000)
• [Publications] Takaaki TSURUMI: "Frequency Dependence of P-B Hysteresis Curves in PZT Thin Films"Ext. Abs. 1st Asian Meeting Electroceramics. 45 (2000)
• [Publications] Takaaki TSURUMI: "High Frequency Measurements of P-B Hystereis Curves of PZT ThinFilms"Ferroelectrics. 259・1-4. 43-48 (2001)