2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of nano-pillar type multiferroic composite materials using microfabrication technique
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18H01724
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
小舟 正文 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (90240960)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菊池 丈幸 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (50316048)
神田 健介 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (20446735)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | マルチフェロイクス / 強誘電性 / 強磁性 / 交差相関 / 複合体 / マイクロピラー型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、a軸配向(Bi3.25Nd0.65Eu0.10)Ti3O12(BNEuT)強誘電体ナノプレートを微細加工して得られる構造体をテンプレートに用い、それらの空隙にコバルトフェライト強磁性体ナノ粒子を高密度充填して、理想的なマイクロピラー型構造を模したマルチフェロイック複合体を開発することを目的としている。本年度は、高温スパッタ法によりNbドープTiO2(101)基板(Nb = 0.79 mass%)上に約2.0μmの膜厚をもつエピタキシャルa軸配向膜を作製した。作製した薄膜は、反応性イオンエッチング(RIE)法により、ナノプレート成長方向と同じ[010]方向に沿って2-5μmピッチ間隔でマイクロプレート構造体に加工した。本年度は非水系ゾルゲル法を用いてCFO堆積によるCFO/BNEuTの複合化を検討した。得られた研究成果は以下の通りである。
(1) スパッタ法によるa軸配向BNEuT薄膜を反応性イオンエッチング (ICP-RIE)装置を用いて、ナノプレートの溝(b軸)方向に平行に加工した。その際、反応性ガスはCl2:BCl3:CH4 = 5:50:2.4なる塩素系混合ガスが強誘電体の特性劣化も少なく、高精度に2-5μmピッチ間隔をもつマイクロプレートに加工できることを見出した。
(2) 高精度RIE加工の実現には、強誘電体膜上に約150 nm厚みのPt犠牲層を付与することが有効であることを見出した。
(3) 非水系ゾルゲル法によりプレート間隙を反応場としてCFO粒子を高密度に堆積させるためには、予めマイクロプレート表面を疎水性から超親水性に改質させる必要があることを見出し、それに必要な超親水化処理技術を確立した。
(4) 非水系ゾルゲル法によるCFO合成プロセスを確立するとともに、得られたCFO/BNEuT複合体薄膜がすぐれた強誘電性と磁気特性を示すことを明らかにした。
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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
当初の計画では、強磁性体CFOの導入手法としてMOCVD法を予定していましたが、装置加熱部の不良に伴う大幅な改良を余儀なくされたので、非水系ゾルゲル法に切り替えて検討を行った。その結果、現在までのところ、CFO充填量に関し若干の課題は残るが、CFO/BNEuT複合体薄膜のマルチフェロイック特性を観測することに成功している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は加熱部の不具合が完全に解決したMOCVD装置を用いて、2-5μmピッチ間隔で約1μm深さのマイクロプレート構造体の間隙にCFOを堆積させる実験を行う。MOCVD合成実験では、マルチフェロイック特性に関し基板温度(500-600℃)と保持時間(30-120 min)依存性を検討する。また、アズデポ膜を種々の条件でポストアニール(550-700℃、1 min)することにより、CFO粒子(磁区)サイズが磁化-磁場特性や電気磁気効果に及ぼす影響について検討を行う。
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