2017 Fiscal Year Research-status Report
酸化物ナノシート表面におけるPZT薄膜の配向成長およびドメイン形成機構の解明
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16K06731
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
内田 寛 上智大学, 理工学部, 准教授 (60327880)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | チタン酸ジルコン酸鉛 / 薄膜 / 強誘電体 / 圧電体 / ナノシート / 結晶配向性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年の研究進行においては、昨年度から継続してPZT薄膜の結晶配向制御を実現するための酸化物ナノシート材料の選定・合成を進めると同様、それらの利用により配向制御されたPZT薄膜の配向成長様式ならびにドメイン形成挙動に関する知見を収集することが主目的となる。
昨年度に材料合成技術が確立されたPZT(001)c面配向用のナノシート材料Ca2Nb3O10の利用により厚さ数十から数千ナノメートルまでの広範囲の膜厚においてPZT強誘電体層の結晶配向性が制御可能で有ることがこれまでの研究により判明し、また、それらの基板面内方向に対しては等方的なランダム配向性の結晶配向モードが存在することが確認できた。更に、強誘電性特性の評価結果より、正方晶PZT薄膜（Zr/Ti比＝40/60）においてはPZT単位格子の分極軸が面内方位に配向した所謂「a軸配向」モードの結晶成長が進行し、それらに大電場を印加することにより分極軸が基板面面外方位へと再配列するという「ドメインスイッチング」に類似する挙動を初めて確認することに成功した。
一方の他方位配向用のナノシート材料の選定については、(111)配向用のMnO2やMoO2ナノシートの合成条件に関する選定を継続中である。ナノシート剥離や合成後の保存時要件などを調製することによりPZT薄膜の結晶配向度を向上させることができたが、それらは完全な結晶配向成長には到らず、ナノシート合成ならびにPZT結晶成長の条件検討が必要と判断される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
PZT(001)c面配向用ナノシートの取り組みについては、ナノシート材料の選定が完了し、それらを利用した結晶配向性や分極ドメイン制御に関する研究が予定を先行する形で進行している。
一方のPZT(111)c面配向用ナノシート配向用ナノシートの選定および合成については、完全配向膜を作製するに至っておらず、それらの解決に向けた方策を引き続き検討する必要がある。これまで同様の材料合成条件の最適化に加えて結晶性・格子整合性の差異を補助する界面層や他配向ナノシートの採用など、目的達成のためのアプローチを取り入れる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
ナノシートを利用して作製された(001)c配向PZT薄膜においては、低熱膨張性のSiウェハを用いたPZT結晶のa軸配向成長や電場印加によるドメインスイッチングなどを利用することで分極ドメイン構造の制御を実現することができた。熱応力を用いた分極ドメイン構造制御の機構を更に明確化するため、ナノシートと高熱膨張性基板の利用を併せた圧縮応力モード下でのPZT結晶成長の研究を推し進め、ナノシートを用いた”格子整合”と基板種による”応力モード”の二元的要因によるドメイン構造の制御を最終的な目標として見据える。
また、これらの技術を(001)c配向PZTのみならず(111)cを主とする他配向の条件下にも適用すること、更にはPZT以外のペロブスカイト系強誘電体薄膜にも拡張することで、結晶配向成長と分極ドメイン制御に関する普遍的な概念の確立を目指す。
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