2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of HfO2-based ferroelectric films for Piezo MEMS applications
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18K19016
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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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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 酸化ハフニウム基強誘電体 / 圧電性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、2011年に見出された蛍石型構造強誘電体について、これまで不可能とされてきた厚膜化と圧電特性の飛躍的向上を実現することで、圧電MEMSへの応用を開拓することである。毒性元素の鉛を含み、Siプロセスとの適合性が悪い鉛含有ぺロブスカイト構造酸化物に限定されていた圧電MEMS材料を、毒性元素を含まず、Siプロセスとの適合性が高いHfO2基強誘電体に置き換えることで、停滞している圧電MEMS用材料のイノベーションを目指す。本年度は下記の成果を得た。
(1) 室温製膜後にアニール処理した膜について、プロセスを工夫することで膜厚１ミクロンの膜で圧電性の評価に成功した。得られた膜の圧電性は3-4pm/Vであった。この値は理論的に予想されている値より小さいが、その理由は残留分極値が小さいのが原因と考えられる。残留分極値はドメインのピニングで小さくなっていると考えられ、ピニングが解消されればより大きな圧電性が期待できる。
(2) 室温合成でも直方晶からなり強誘電性が得られる膜の作製に成功し、膜厚が１ミクロンの膜でも強誘電性を確認した。(100)ITOが得られる(100)YSZ基板上に膜を作製したところ、ほぼ｛100｝に単一配向した膜の作製に成功した。また、(100) YSZ/(100)Si基板上には、膜面内の配向も揃ったエピタキシャル膜の作製ができることを確認した。この膜は従来の作成方法の膜と比較して、耐圧が高い可能性があることも明らかになってきた。
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