2019 Fiscal Year Annual Research Report
Detection of structural fluctuation in ultra-thin organic ferroelectric film
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18K18868
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
塚越 一仁 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, MANA主任研究者 (50322665)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 分子ナノ薄膜 / 誘電特性 / 分子挙動 / 分子厚結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機薄膜強誘電P(VDF-TrFE)をナノスケール厚にすることで、一般的に現れるβ相ではなく、本来構造不安定なα相が安定化する。α相膜は、従来の限界を超える大きな誘電性と高速外部応答が期待できる。強誘電膜での双極子はグレイン内で相互作用して、全体としての電気特性を生じさせるので、単一グレイン化が理想的な効率的強誘電膜となるはずだが、従来は膜の不均一性で単一グレインを造れない。そこで、原子スケールで平坦な表面を作り出し、これに有機分子膜を形成することで、結晶粒界に分断されにくいサイズの大きい連続分子膜を作れるようになるはずである。大きな連続分子膜が自在に作れるようになれば、現在の微細加工技術を使うことでパターン形成が可能となり、応用展開への研究も加速することができるようになる。この目的のために原子スケール平坦な表面を有する基板を作り、そのうえで有機膜を形成して、機能化検証を試みた。
本研究では、通常のSiO2基板を用いて、一般の研究では十分に平坦な表面であるにもかかわらず、分子結晶に対しては平坦性が十分でなく、分子結晶がグレイン化してしまうことが生じていた。このため、単グレインの評価には、原子間力顕微鏡のプローブを使わなければ評価ができなかった。この問題の解決のために、原子膜体積法や平坦金属薄膜形成を工夫し、原子スケールで平坦な表面を有する基板を作り、本有機膜の特性抽出をおこなった。有機薄膜の特性を変調することを目的として、絶縁膜/金属平坦膜/有機強誘電膜/電極膜のヘテロ構造をそれぞれの形成において相互ダメージを最小化できるような工程で作り、電気特性の計測を行った。積層膜を造る際の相互ダメージ最小化が極めて難しく、複数の膜をダメージ無く積み上げるのに、新たな技術開発を要した。試作した積層構造によて、偏極特性の観測に成功し、分子極性が外部電圧入力で制御実証に進展することが出来た。
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