2020 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of Metal-Doped-AlN Piezoelectric Nanorod and Investigation on the Properties
| Project/Area Number |
18K04918
|
|---|
| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
上原 雅人 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (10304742)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 圧電体 / 窒化アルミニウム / ナノロッド / 相分離 / スパッタリング |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
これまでにシリコン基板をエッチング処理することで、ナノロッドの下地となるナノピラー群の作製技術の開発を行ってきた。その結果、直径90nmのナノピラー群を作製することができた。ステッパーを用いたマスク露光法により、8インチサイズでも現実的に加工できる。本年度はナノピラー群上に成長させる元素添加窒化アルミニウム（AlN）の開発を行った。
スカンジウム（Sc）添加によりAlNの圧電性能は飛躍的に増大する。これまでにクロム（Cr）やタンタル（Ta）、イットリウム（Y）やエルビウム（Er）などの元素添加の報告があるが、ＡｌＮの圧電性向上に対して十分な効果を実験的に実証されていない。結晶中の電荷バランスを考慮すると、Ｓｃと同じのIII属元素が望ましいと考えられる。YやＥｒ添加では十分な結晶性が得られていないが、これらのイオン半径がScに比べて非常に大きいことが原因と考えられる。今回、Ｓcよりは大きいものの、III属元素で比較的イオン半径の小さいイッテルビウム（Yb）を選択し、その添加効果を調査した。
２元同時スパッタリング装置を用いて作製した。ターゲットにはAl金属(5N)とYb金属(３N)を用いて、アルゴン／窒素混合ガス中で反応性スパッタリング法により作製した。実験計画法に基づいて、Yb添加AlNの作製条件を探索した結果、良好な結晶を得ることができた。X線による広域逆格子像を得ることで、結晶相を同定した結果、Alに対してYb添加量が37at%までの物質はウルツ鉱型の結晶であることが分かった。副生成物は広域逆格子像でも確認されなかった。002回折のロッキングカーブは2～３°であり、良好な配向性であった。格子定数はYb添加により線形的に増加した。しかし、c軸の増加率に比べてa軸の増加率が大きく、格子定数比c/aは減少した。これはSc添加と類似の挙動である。圧電定数はYb量に依存し、最大でAlNの2倍の圧電定数を示す物質を得ることができた。
|
