Pinpoint Growth Technology for High Quality Piezo-nanowire using Tailored Substrate

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K13944
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 山田 智明 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80509349)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長崎 正雅 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40273289)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 圧電性 / ナノワイヤ

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、酸化亜鉛や窒化ガリウムのナノワイヤに比べ10倍以上大きな圧電性を示すチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）ナノワイヤを、テーラード基板を用いて狙った特定の場所にピンポイントで成長させる手法を開発することである。
「トレンチ及びPZTナノ島を有するテーラード基板の作製」について、昨年度までに、ガス透過性PDMSモールドを用いたソフトリソグラフィー法により、500 nm幅及び間隔のナノ島構造の作製に成功していたが、モールドと基板との間に残る膜（残膜）が厚く、焼成時にクラックが生じる問題があった。そのため、今年度は、溶液濃度、溶液の塗布方法、モールド押下時の圧力分布の最適化を行うことで、残膜が薄くクラックが抑制されたテンプレート基板の作製に成功した。さらに、圧電応答顕微鏡を用いて、作製したPZTナノ島テンプレート基板の圧電応答を確認した。
また、「PZTナノワイヤのピンポイント成長」および「PZTナノワイヤの断面形状・直径の精密制御」について、ナノ島構造を有する基板上に下部電極SrRuO3を成膜し、その上にPZTを堆積した結果、ナノ島と同じ形状でPZTがギャップを持って成長することがわかった。このことから、ナノ島の形状とナノ島間の間隔を制御することでナノワイヤの形状と直径が制御できる可能性が示された。また、エッチングによりギャップを広げることでも、ナノワイヤの直径が制御できる可能性が示された。

Research Products

• [Journal Article] Fabrication and Characterization of (111)-epitaxial Pb(Zr0.35Ti0.65)O3/Pb(Zr0.65Ti0.35)O3 Artificial Superlattice Thin Films (2016)
  • Author(s): T. Yamada, Y. Ebihara, T. Kiguchi, O. Sakata, H. Morioka, T. Shimizu, H. Funakubo, T. J. Konno, M. Yoshino, and T. Nagasaki
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 55 Pages: 10TA20
  • DOI: 10.7567/JJAP.55.10TA20
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fabrication of Tetragonal Pb(Zr,Ti)O3 Nanorods by Focused Ion Beam and Characterization of the Domain Structure (2016)
  • Author(s): D. Ito, T. Yamada, M. Yoshino, T. Nagasaki, O. Sakata, J. Kuroishi, T. Namazu, T. Shiraishi, T. Shimizu, and H. Funakubo
  • Journal Title: IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Control Volume: 63 Pages: 1642-1646
  • DOI: 10.1109/TUFFC.2016.2569625
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Impact of Charge Screening on Domain Structure in Pb(Zr, Ti)O3 Nanorods (2016)
  • Author(s): T. Yamada, D. Ito, O. Sakata, T. Namazu, T. Sluka, N. Setter, H. Funakubo, M. Yoshino, and T. Nagasaki
  • Organizer: 第26回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜市横浜開港記念会館他
  • Year and Date: 2016-12-19 – 2016-12-22
  • Invited
• [Presentation] 圧電体Pb(Zr, Ti)O3薄膜のドメイン構造制御を目指したナノインプリント法の開発 (2016)
  • Author(s): 岡本 一輝, 山田 智明, 伊藤 大介, 吉野 正人, 長崎 正雅
  • Organizer: 第48回日本原子力学会中部支部研究発表会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2016-12-15 – 2016-12-15
• [Presentation] Domain Pattern Control in Pb(Zr,Ti)O3 Nanorods by Charge Screening (2016)
  • Author(s): T. Yamada, D. Ito, T. Sluka, N. Setter, O. Sakata, T. Namazu, H. Funakubo, M. Yoshino, and T. Nagasaki
  • Organizer: The 10th Asian Meeting on Electroceramics-2016 (AMEC-2016)
  • Place of Presentation: Taipei, Taiwan
  • Year and Date: 2016-12-04 – 2016-12-07
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 強誘電体Pb(Zr, Ti)O3ナノロッドの電荷遮蔽によるドメイン制御 (2016)
  • Author(s): 山田 智明, 伊藤 大介, Tomas Sluka, Nava Setter, 坂田 修身, 生津 資大, 舟窪 浩, 吉野 正人, 長崎 正雅
  • Organizer: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 新潟市, 朱鷺メッセ
  • Year and Date: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [Presentation] Manipulation of Domain Structure in Pb(Zr,Ti)O3 Nanorods by Charge Screening (2016)
  • Author(s): T. Yamada, D. Ito, O. Sakata, H. Funakubo, T. Namazu, M. Yoshino, and T. Nagasaki
  • Organizer: 11th Korea-Japan Conference on Ferroelectrics (KJC-FE11)
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2016-08-08 – 2016-08-10
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 低次元ナノスケール構造の特異な境界条件を利用した強誘電体の分極制御 (2016)
  • Author(s): 山田 智明
  • Organizer: 応用物理学会東海支部第２回研究会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2016-04-21 – 2016-04-21