環境にやさしいBi_4Ti_3O_<12>系強誘電体膜の開発 -鉛系材料からの転換を目指して -

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555170
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 舟窪 浩 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科・(物質科学創造専攻), 助教授 (90219080)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水谷 惟恭 東京工業大学, 大学院・理工学研究科・(材料工学専攻), 教授 (60016558)
• Keywords: 強誘電体 / 環境適応 / Bi_4Ti_3O_<12>基

Research Abstract

薄膜形態の強誘電体は、電源を切ってもデータが保持できる不揮発性高速メモリであるFeRAMやマイクロマシン用のアクチュエータ等の有望な市場が期待され、多様な製品の量産化は確実である。これには現在Pb(Zr,Ti)O_3を中心にした鉛系材料が検討されているが、その使用量の増加に伴い、鉛の環境中への拡散に対する危険性は大きな社会問題となることが懸念される。さらに薄膜作成法として大量生産が予想される実用プロセスのMOCVD法では、強い毒性が知られ、ガソリンでは非常に厳しく規制されている四エチル鉛をPb原料として使用することが検討されている。それゆえ鉛系材料が今以上に広く市場に出回る前に非鉛系の代替材料を探索することは急務である。
本研究の目的は、環境低負荷型の非鉛系強誘電体材料であるBi層状強誘電体の中でも、低温で大きな特性を発現することが明らかになったBi_4Ti_3O_<12>基での新規強誘電体膜を探索することである。特に低い合成温度で特性発現可能な物質を探索することにより、今後重要となるSi基板上への集積をも可能とする非鉛系新材料の開発を目指す。
本年度は主にMOCVD法でこれら薄膜の低温合成を試みた。その結果、以下の結果を得た。
1.成膜温度540℃では、LaおよびPr置換で強誘電性が確認できたものの、NdやSmでは強誘電性が確認できなかった。
2.成膜温度500℃では、La置換は強誘電性が確認できたものの、Pr置換では強誘電性が確認できなかった。
3.成膜温度500℃で作成した、La置換の薄膜の残留分極値は16μC/cm^2で、8X10^<10>回の分極反転あった。

Research Products

• [Publications] Hiroshi Funakubo: "Property Design of Bi_4Ti_3O_<12>-Based Thin Films Using a Site-Engineering Concept"Journal of Crystal Growth. 248. 180-185 (2003)
• [Publications] Takayuki Watanabe: "Preparation and Characterization of a-and b-Axis-Oriented Epitaxially Grown Bi_4Ti_3O_<12>-Based Thin Films"Technical Report of IEICE, SDM. 2001-254. 1-5 (2002)
• [Publications] Takayuki Watanabe: "Preparation and Characterization of a-and B-Axis-Oriented Epitaxially Grown Bi_4Ti_3O_<12>-Based Thin Films on Rutile-Type Oxides"Materials Research Society Proceedings. 688. 155-160 (2002)
• [Publications] Hiroshi Uchida: "Fabrication of V-Substituted (Bi, M)_4Ti_3O_<12>[M=Lanthanoids] Thin Films by Chemical Solution Deposition Method"Materials Research Society Proceedings. 688. C2.3.1-C2.3.6 (2002)
• [Publications] Hirofumi Matsuda: "Synthesis and Ferroelectric Properties of Sr-and Nb-Codoped Bi_<4-x>Sr_xTi_<3-x>Nb_xO_<12> Thin Films by Sol-Gel Method"Materials Research Society Proceedings. 688. C4.14.1-C4.14.5 (2002)
• [Publications] Takashi Kojima: "Large Remanent Polarization of(Bi,Nd)Ti_3O_<12> Epitaxial Thin Films Grown by Metalorganic Chemical Vapor Deposition"Applied Physics Letters. 80・15. 2746-2748 (2002)
• [Publications] Takayuki Watanabe: "Large Remanent polarization of Bi_4Ti_3O_<12>-Based Thin Films Modified by the Site Engineering Technique"Journal of Applied Physics. 92・3. 1518-1521 (2002)
• [Publications] Takayuki Watanabe: "Preparation and Characterization of a-and b-Axis-Oriented Epitaxially Grown Bi_4Ti_3O_<12>-Based Thin Films with Long-Range Lattice Matching"Applied Physics Letters. 89・9. 1660-1662 (2002)
• [Publications] Takayuki Watanabe: "Ferroelectric Property of a-/b-Axis-Oriented Epitaxial Sr_<0.8>Bi_<2.2>Ta_2O_9 Thin Films Grown by Metalorganic Chemical Vapor Deposition"Japanese Journal of Applied Physics. 41・12B. L1478-L1481 (2002)
• [Publications] Takashi Kojima: "Ferroelectric Properties of Lanthanide-Substituted Bi_4Ti_3O_<12> Epitaxial Thin Films Grown by Metalorganic Chemical Vapor Deposition"Journal of Applied Physics. 93・4. 1707-1712 (2003)