2004 Fiscal Year Annual Research Report
非鉛強誘電体エピタキシャル薄膜における電界誘起相転移を用いた巨大圧電応答
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16656098
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
藤村 紀文 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (50199361)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
芦田 淳 大阪府立大学, 工学研究科, 助手 (60231908)
吉村 武 大阪府立大学, 工学研究科, 日本学術振興会特別研究員(PD)
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| Keywords | 非鉛系圧電体 / Bi(Fe_xAl_<1-x>)O_3 / エピタキシャル薄膜 / レーザーアブレーション法 / 正方晶歪 |
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| Research Abstract |
近年、環境保全の観点から非鉛系の圧電材料の開発が求められており、本研究では、ペロブスカイト型酸化物の圧電特性と構成金属イオンの質量比にフォノンを介した相関があることを考慮して材料設計を行い、非鉛であるBi(Fe_xAl_<1-x>)O_3に着目した。これまでの検討において、バルクセラミックプロセスでは固溶体単相を得ることが非常に困難であることが明らかになっていたので、本年度はレーザーアブレーション法を用いて酸化物基板上にエピタキシャル成長したBi(Fe_xAl_<1-x>)O_3薄膜の作製を試みた。まず製膜に用いるターゲットについての検討を行った。固溶体が作製できないため、必然的に複数の相が混ざったバルク体をターゲットとして用いる必要があるが、バンドギャップの大きいAl_2O_3がターゲットに含まれていると組成ずれの問題が発生することが明らかとなった。そこで、まずBi_2O_3とAl_2O_3を固相反応させてAl_4Bi_2O_9を合成し、これにBiFeO_3、Bi_2O_3を目的組成となるように混合し焼成したセラミックスをターゲットとして用いたところ、組成ずれの少ない薄膜を作製できるようになり、Alを20%まで固溶させたBi(Fe_xAl_<1-x>)O_3エピタキシャル薄膜の作製に成功した。X線回折を用いた逆格子空間マッピング測定によりAl量の増加に伴って結晶の正方晶歪が増加していることが確認できた。しかしながら、誘電特性に関しては、容量-電圧特性において強誘電的な挙動が見られるものの、明確な強誘電性を確認するには至っていない。これは薄膜の表面形態が悪いために大きな漏れ電流が流れることが原因と考えられ、これを解決するためには、製膜温度の低温化による薄膜からのBiの再蒸発の防止やターゲットの焼結密度の向上などを行う必要があることが明らかとなった。
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