2005 Fiscal Year Annual Research Report
微細加工電極により分極・駆動される強誘電体の超音波原子間力顕微鏡による非破壊評価
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17560627
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
辻 俊宏 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70374965)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山中 一司 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (00292227)
三原 毅 東北大学, 大学院工学研究科, 助教授 (20174112)
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| Keywords | 超音波原子間力顕微鏡 / 弾性特性映像 / 共振スペクトル / 表面電極対 / 強誘電体 / 強誘電体分域 / 分極反転 / 圧電応答力顕微鏡 |
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| Research Abstract |
本研究では、強誘電体材料の実用的な環境における材料評価技術を確立することを目的として、材料の表面に作製した電極対の微小なギャップを利用したデバイスの動作環境の再現およびナノスケールにおける弾性特性評価が可能な超音波原子間力顕微鏡(UAFM)による評価を行う。研究計画は(1)微細なギャップを持つ電極の作製、(2)分極反転過程の分域組織の観察・評価、(3)交流電界による分極組織の駆動と分域の観察・評価、(4)圧電特性の定量評価であり、今年度には下記の研究を行い、成果を得た。
1.微細加工電極対の作製
フォトリソグラフィのリフトオフプロセスを用いて間隙が2〜10μmの電極対を作製する技術を習得し、PMN-PT単結晶に作製することに成功した。ここでPMN-PTは圧電係数が著しく大きく医療用超音波探触子に重要な材料であるが抗電界(分極反転の閾電界)が小さいために、本手法の有効性を検証するのに適すると考えられる。そして強誘電体テスター(高電圧発生器+電荷アンプ)によりマクロな電界-分極特性を測定した結果、表面電極対により分極反転の誘起が可能なことがわかった。
2.反転過程の分域組織の観察・評価
表面電極対の基本的な有効性が検証できたのでDC電界強度の増加に伴う分域の挙動をUAFMにより評価した。ここでUAFMは強誘電体分域の弾性異方性や分域境界の弾性異常を評価できる。またUAFMの観察結果と分域構造との関係を検証するために圧電応答力顕微鏡(PFM)を適用した。その結果、±10Vの電圧印加により分域構造の変化が現れることがわかった。さらに電極近傍において特異な形状の強誘電体分域が誘起された。ここで誘起された組織の弾性特性を高精度に評価するためには、UAFMにおけるカンチレバーの振動スペクトルに重畳するスプリアス振動を抑制する必要があった。そこで原因の究明を行い、解決策を見出した。
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