2017 Fiscal Year Annual Research Report
Discovery of large electro caloric effect using HfO2-based ferroelectric ultra thin films
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16K14380
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
舟窪 浩 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (90219080)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 智明 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80509349)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電気熱量効果 / 酸化ハフニウム / 強誘電体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電気熱量効果とは、電界印加を除去すると分極がランダムになり、エントロピーが低下することで強誘電体のみに発現する冷却現象である。この効果は電圧駆動であり電流が流れないため、消費電力はほぼゼロエミッションに等しいという特長を持つ。冷却効果は強誘電体への印加電界に比例して大きくなるが、これまで大きな電界印加が可能な強誘電体薄膜は存在しなかった。本研究の目的は、大きな電界印加が可能なHfO2基強誘電体極薄膜を用いて、これまで得られなかった巨大な電気熱量効果を発現させることである。HfO2基強誘電体膜について、研究代表者が見出した既存の強誘電体にない特長に着目し、これまで実用上は全く顧みられてこなかった電気熱量効果応用を目指す研究であり、着想が非常に独創的である。本年度は以下の成果を得た。
1) Y2O3ドープHfO2薄膜において、スパッタリング法で室温合成し、その後の熱処理を行うことでも、従来のPLD法で作製したのとほぼ同等の強誘電性を有する薄膜が作製できることが明らかになった。
2) Y2O3ドープZrO2膜について、大きな電気熱量効果が期待できる、反強誘電体の分極-電界特性が発現することが明らかになった。この特性は強誘電体の結晶対象性より高い結晶系と低い結晶系が現れる膜厚の境界で発現することを見出した。
3）PUND法を用いることで、強誘電体薄膜の電気熱量効果の間接評価に及ぼす漏れ電流の影響を除去可能であることを示した。
4) Y2O3ドープHfO2薄膜においては、広い温度範囲にわたって負の電気熱量効果効果を示すと見積もられた。これは、Y2O3ドープHfO2薄膜の特異な分極応答特性に関係している可能性がある。
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