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2015 Fiscal Year Annual Research Report

“基板のクランプ効果による可逆配向スイッチング機構”を用いた巨大圧電体膜の創成

Research Project

Project/Area Number 15H04121
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

舟窪 浩  東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (90219080)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 清水 荘雄  東京工業大学, 元素戦略研究センター, 特任助教 (60707587)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords誘電体 / 圧電MEMS / クランプ効果 / ドメイン構造
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、申請者が見出した“基板のクランプ効果により可逆応答する配向スイッチング機構”を用いて、巨大圧電特性を有する膜を創成することである。
変位を阻害するため、否定的に捉えられてきた圧電体膜基板の“クランプ効果”を“配向をスイッチバックさせるための推進機構”として積極活用する。従来、圧電特性発現には電界に対しての結晶相の不安定性を利用した“相境界組成”が不可欠とされてきたが、これを用いることなく大きな圧電特性の発現を目指す。さらに、これまで“相境界組成”は鉛元素なしでは作製できないと考えられており、圧電体の非鉛化は困難とされてきたが、新機構の導入により非鉛圧電体膜を実現する。本年度の成果は以下である。
1) (100)/(001)配向において、電界印加によって分極の方向をそろえる分極処理時に(001)配向が大きく変化することを確認した。この変化によって、応力とドメイン構造変化が考えられる。
2) 電界下で大きなドメインのスイッチングが起こっていることが、電界下のXRD観察から明らかになった。
3) (100)/(001)配向に加えて、ドメインのスイッチングが期待できる(110)/(101)配向についても、Si基板上にPdO/Pdのバッファーを用いて再現性良く作製できるようになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

MOCVD法によるPb(Zr, Ti)O3膜の作製は順調に進んでいる。また非鉛圧電体の作製にも着手できた。さらに評価は電界下も含めて当初の予定通り進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

今後は、非鉛圧電体である(Bi1/2K1/2)TiO3膜も含めて検討を行う。物質系に依存しない圧電性向上方法を探索する予定である。

  • Research Products

    (30 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ニューサウスウェールズ大学(オーストラリア)

    • Country Name
      AUSTRALIA
    • Counterpart Institution
      ニューサウスウェールズ大学
  • [Journal Article] Epitaxial PbZrxTi1-xO3 ferroelectric bilayers with giant electromechanical properties2015

    • Author(s)
      Hsin-Hui Huang, Qi Zhang, Esther Huang, Ronald Maran, Osami Sakata, Yoshitaka Ehara,Takahisa Shiraishi, Hiroshi Funakubo, Paul Munroe, and Nagarajan Valanoor
    • Journal Title

      Advanced Materials Interfaces

      Volume: 2 Pages: 1500075-1-12

    • DOI

      10.1002/admi.201500075

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Orientation control of epitaxial tetragonal Pb(ZrxTi1-x)O3 thin films grown on (100)KTaO3 substrates by tuning the Zr/(Zr+Ti) ratio2015

    • Author(s)
      Daichi Ichinose, Takaaki Nakashima, Yoshitaka Ehara, Takahiro Oikawa, Takao Shimizu, Osami Sakata, Tomoaki Yamada, and Hiroshi Funakubo
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 107 Pages: 022902-1-5

    • DOI

      10.1063/1.4926963

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Polar-axis-oriented crystal growth of tetragonal PZT films on stainless steel substrate using pseudo-perovskite nanosheet buffer layer2015

    • Author(s)
      Yoshiki Minemura, Daichi Ichinose, Kohei Nagasaka, Jin Woon Kim, Hiromi Shima, Ken Nishida, Takanori Kiguchi, Toyohiko J. Konno, Naoya Oshima, Hiroshi Funakubo, and Hiroshi Uchida
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 5 Pages: 077139-1-8

    • DOI

      10.1063/1.4927208

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Negligible Substrate Clamping Effect on Piezoelectric Response in (111)-Epitaxial Tetragonal Pb(Ti, Zr)O3 Films2015

    • Author(s)
      Tomoaki Yamada, Jun Yasumoto, Daisuke Ito, Osami Sakata, Yasuhiko Imai, Takanori Kiguchi, Takahisa Shiraishi, Takao Shimizu, Hiroshi Funakubo, Masahito Yoshino, and Takanori Nagasaki
    • Journal Title

      J. Appl. Phys.

      Volume: 118 Pages: 072012-1-6

    • DOI

      10.1063/1.4927810

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Orientation and film thickness dependencies of (100)- and (111)-oriented epitaxial Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 films grown by metal organic chemical vapor Deposition2015

    • Author(s)
      Hiroshi Funakubo , Satoshi Okamaoto, Shintaro Yokoyama, Shoji Okamoto, Junichi Kimura, and Hiroshi Uchida
    • Journal Title

      J. Materiomics

      Volume: 1 Pages: 188-195

    • DOI

      10.1016/j.jmat.2015.07.004

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Domain structure of tetragonal Pb(Zr,Ti)O3 nanorods and its size dependence2015

    • Author(s)
      Tomoaki Yamada, Daisuke Ito, Osami Sakata, Junki Kuroishi, Takahiro Namazu, Yasuhiko Imai, Takahisa Shiraishi, Takao Shimizu, Hiroshi Funakubo, Masahito Yoshino, and Takanori Nagasaki
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 54 Pages: 10NA07-1-4

    • DOI

      10.7567/JJAP.54.10NA07

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Growth of {110}-one-axis-oriented perovskite-type oxide films using self-aligned epitaxial (101)PdO//(111) Pd double layers2015

    • Author(s)
      Hiroki Tanaka, Tetsuro Kariya, Takao Shimizu, Kiyoshi Uchiyama, and Hiroshi Funakubo
    • Journal Title

      Thin Solid Films

      Volume: 599 Pages: 133-137

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2015.12.067

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] PLD法による正方晶(Bi,K)TiO3エピタキシャル膜作製と圧電特性評価2016

    • Author(s)
      根本祐一、一ノ瀬大地、清水荘雄、内田 寛、舟窪 浩
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス(東京都)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 電界印加による面内分極軸優先配向Pb(Zr,Ti)O3薄膜のドメイン構造変化2016

    • Author(s)
      一ノ瀬大地、江原祥隆、清水荘雄、坂田修身、山田智明、舟窪 浩
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス(東京都)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] {110}一軸配向ペロブスカイト型酸化物薄膜の作製と結晶構造解析2016

    • Author(s)
      佐藤智也、木村純一、一ノ瀬大地、三村和仙、舟窪 浩、内山 潔
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス(東京都)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 正方晶/菱面体晶Pb(ZrxTi1-x)O3人工超格子薄膜における圧電応答の層厚依存性2016

    • Author(s)
      山田智明、海老原洋平、坂田修身、森岡 仁、木口賢紀、清水荘雄、舟窪 浩、吉野正人、長崎正雅
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 大岡山キャンパス(東京都)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] PLD 法による正方晶(Bi,,K)TiO3 エピタキシャル膜作製と圧電特性評価2016

    • Author(s)
      根本祐一、一ノ瀬大地、清水荘雄、内田寛、舟窪浩
    • Organizer
      第54回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      アバンセ(佐賀県立男女共同参画センター・佐賀県立生涯学習センター)(佐賀県)
    • Year and Date
      2016-01-07 – 2016-01-08
  • [Presentation] 正方晶/菱面体晶Pb(Zr,Ti)O3 人工超格子薄膜の構造及び圧電特性の層厚依存性2016

    • Author(s)
      海老原洋平、山田智明、坂田修身、森岡仁、木口賢紀、今井康彦、清水荘雄、舟窪浩、吉野正人、長﨑正雅
    • Organizer
      第54回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      アバンセ(佐賀県立男女共同参画センター・佐賀県立生涯学習センター)(佐賀県)
    • Year and Date
      2016-01-07 – 2016-01-08
  • [Presentation] Domain structure and piezoelectric response of self-assembled tetragonal Pb(Zr,Ti)O3 Nanorods2015

    • Author(s)
      Tomoaki Yamada, Daisuke Ito, Osami Sakata, Takanori Kiguchi, Takahisa Shiraishi, Takao Shimizu, MasahitoYoshino, Hiroshi Funakubo, Takanori Nagasaki
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
    • Place of Presentation
      Hawaii Convention Center (Honolulu, Hawaii, USA)
    • Year and Date
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 正方晶/菱面体晶P b(Zr,Ti)O3人工超格子薄膜の作製と圧電特性の評価2015

    • Author(s)
      海老原洋平、山田智明、坂田修身、森岡仁、木口賢紀、今井康彦、清水荘雄、舟窪浩、吉野正人、長﨑正雅
    • Organizer
      平成27年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(愛知県)
    • Year and Date
      2015-12-12
  • [Presentation] Orientation Control of Epitaxial Tetragonal Pb(Zr, Ti)O3 Thin Films Grown on (100)KTaO3 Substrates by Tuning the Zr/(Zr+Ti) Ratio2015

    • Author(s)
      Daichi Ichinose, Takaaki Nakashima, Yoshitaka Ehara, Takahiro Oikawa, Takao Shimizu, Osami Sakata, Tomoaki Yamada, and Hiroshi Funakubo
    • Organizer
      17th US-Japan Seminar on Dielectric and Piezoelectric Ceramics
    • Place of Presentation
      Hotel Buena Vista, Matsumoto (Japan)
    • Year and Date
      2015-11-15 – 2015-11-18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Domain Structure and Piezoelectric Response in One-dimensional PZT Nanostructure2015

    • Author(s)
      T. Yamada, D. Ito, O. Sakata, H. Funakubo, M. Yoshino, and T. Nagasaki
    • Organizer
      IUMRS-ICAM 2015 (International Conference on Advanced Materials)
    • Place of Presentation
      ICC Jeju (Korea)
    • Year and Date
      2015-10-25 – 2015-10-29
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] PdO//Pd バッファ層を用いた{110} 配向Pb(Zr,Ti)O3(PZT)薄膜の作製と評価2015

    • Author(s)
      内山潔、大島直也、田中宏樹、江原祥隆、及川貴弘、佐藤智也、内田寛、舟窪浩
    • Organizer
      日本セラミックス協会第28回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      富山大学 五福キャンパス(富山県)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-18
  • [Presentation] 正方晶Pb(Zr,Ti)O3ナノロッドのドメイン構造に及ぼす脱分極電界の影響2015

    • Author(s)
      山田智明、伊藤大介、坂田修身、黒石隼輝、生津資大、清水荘雄、舟窪浩、木口賢紀、吉野正人、長崎正雅
    • Organizer
      日本セラミックス協会第28回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      富山大学 五福キャンパス(富山県)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-18
  • [Presentation] XRD測定による (100)/(001)配向正方晶Pb(Zr,Ti)O3膜の電界印加下の結晶構造変化の定量分析2015

    • Author(s)
      舟窪 浩、大島 直也、清水 荘雄、中島 光雅、江原 祥隆、及川 貴弘、内田 寛
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] (100)/(001)配向エピタキシャルPbTiO3膜におけるドメイン構造に及ぼす温度と格子歪みの影響2015

    • Author(s)
      舟窪 浩、中島 崇明、一ノ瀬 大地、江原 祥隆、中島 光雅、清水 荘雄、小林 健、飯島 高志、山田 智明
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] RFマグネトロンスパッタリング法による{110}高配向Ba(Ce,Y)O3ぺロブスカイト薄膜の作製2015

    • Author(s)
      佐藤 智也、一ノ瀬 大地、舟窪 浩、内山 潔
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] 正方晶Pb(Zr,Ti)O3薄膜におけるZr/(Zr+Ti)比のドメイン構造への影響2015

    • Author(s)
      一ノ瀬 大地、中島 祟明、江原 祥隆、清水 荘雄、坂田 修身、山田 智明、舟窪 浩
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] {100}, {111}配向Pb(Zr,Ti)O3ナノロッドのドメイン構造とそのサイズ依存性2015

    • Author(s)
      山田 智明、伊藤 大介、坂田 修身、黒石 隼輝、生津 資大、清水 荘雄、舟窪 浩、吉野 正人、長崎 正雅
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [Presentation] Large Piezoelectricity Driven by Electrically-Induced High-Density Ferroelastic Domains in Tetragonal Pb(Zr, Ti)O3 Films2015

    • Author(s)
      Hiroshi FUNAKUBO, Mitsumasa NAKAJIMA, Hiorshi NAKAKI, Tomoaki YAMADA, Ayumi WADA, Takahiro OIKAWA, Takaaki NAKASHIMA, Yohitaka EHARA, Naoya OSHIMA, Alexei GRUVERMAN
    • Organizer
      ISAF-ISIF-PFM 2015
    • Place of Presentation
      Matrix @ Biopolis (Singapore)
    • Year and Date
      2015-05-24 – 2015-05-27
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Piezoelectric Response in Epitaxial PZT 1D-Nanorods and 2D-Thin Films2015

    • Author(s)
      Tomoaki YAMADA, Jun YASUMOTO, Daisuke ITO, Osami SAKATA, Takanori KIGUCHI, Hidenori TANAKA, Yoshitaka EHARA, Shintaro YASUI, Takahiro OIKAWA, Hiroshi FUNAKUBO, Masahito YOSHINO, Takanori NAGASAKI
    • Organizer
      ISAF-ISIF-PFM 2015
    • Place of Presentation
      Matrix @ Biopolis (Singapore)
    • Year and Date
      2015-05-24 – 2015-05-27
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 正方晶Pb(Zr,Ti)O3 ナノロッドのドメイン構造とそのサイズ依存性2015

    • Author(s)
      山田智明、伊藤大介、坂田修身、黒石隼輝、生津資大、白石貴久、清水荘雄、舟窪 浩、吉野正人、長崎正雅
    • Organizer
      第32回強誘電体応用会議(FMA 32)
    • Place of Presentation
      コープイン京都(京都府)
    • Year and Date
      2015-05-20 – 2015-05-23
  • [Presentation] PdO/Pd バッファ層を用いた{110}配向ペロブスカイト薄膜の作製とその物性評価2015

    • Author(s)
      内山 潔、大島直也、江原祥隆、及川貴弘、田中宏樹、佐藤智也、内田 寛、舟窪 浩
    • Organizer
      第32回強誘電体応用会議(FMA 32)
    • Place of Presentation
      コープイン京都(京都府)
    • Year and Date
      2015-05-20 – 2015-05-23
  • [Remarks] 東京工業大学物質理工学院材料系舟窪研究室ホームページ

    • URL

      http://f-lab.iem.titech.ac.jp/f-lab.htm

URL: 

Published: 2017-01-06  

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