誘電性化合物のナノスケール交互積層膜における巨視的誘電特性の研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14540466
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 花屋 実 群馬大学, 工学部, 助教授 (50228516)
• Keywords: 誘電性化合物 / 誘電物性 / 強誘電 / 常誘電 / スパッタ / 薄膜 / チタン酸バリウム / チタン酸ストロンチウム

Research Abstract

本研究では,誘電性化合物について,誘電相互作用領域に対してナノスケールの空間的な制限を与え,巨視的誘電特性と相互作用領域サイズとの相関を解明することを試みた.このために,典型的な強誘電性化合物であるBaTiO_3および量子常誘電性を示すSrTiO_3について,石英ガラス基板上にRFスパッタ法による薄膜の形成を行い,その構造と誘電特性を検討した.その結果,1.SrTiO_3については,スパッタ時の基板温度が200℃以下の場合にはアモルファス薄膜が形成し,250℃以上のときに結晶性薄膜の形成が見られ,250〜700℃の範囲で基板温度を変化させることで,結晶粒径を10〜40nmの間で制御できることが明らかとなった.
2.BaTiO3については,スパッタ時の基板温度が300℃以下の場合にはアモルファス薄膜が形成し,アモルファス薄膜試料を500℃以上の温度でアニールすることにより,結晶化が進行することが明らかとなった.また,スパッタ時の基板温度が400℃以上の場合には結晶性薄膜の形成が見られ,400〜700℃の範囲で基板温度を変化させることで,10〜30nmの間で結晶粒径を制御できることが明らかとなった.この結晶粒径がnmサイズの結晶性薄膜試料においては,室温での結晶構造が,バルクでは120℃以上で安定な常誘電性を示す立方晶であることが明らかとなった.さらに,得られた結晶性薄膜試料について200〜300Kの温度範囲で交流誘電率測定を行った結果,結晶粒径の増大にともなって誘電率が大きくなり,また,誘電率の温度依存性が大きくなる傾向が見出された.