2019 Fiscal Year Annual Research Report
構造傾斜領域の創出によるリラクサー薄膜のドメインエンジニアリング
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19H02421
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
木口 賢紀 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (70311660)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白石 貴久 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (50758399)
山田 智明 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80509349)
今野 豊彦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90260447)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | リラクサー / 強誘電体 / 薄膜 / 組成相境界 / 歪み / 界面構造 / 相互拡散 / STEM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3ーPbTiO3ーPbZrO3(PMN-PTO-PZO)3元系固溶体のうち、PMN-PZO,PMN-PTO,PTO-PZO(PZT)の3種の2元系固溶体について、化学溶液堆積(CSD)やMOCVD法によりペロブスカイト相単相薄膜の(001)エピタキシャル成長条件を確立した。得られた薄膜について、XRD法と電子顕微鏡法による構造評価を行い、各組み合わせにおける組成相境界(MPB)組成の変化、組成相境界(MPB)近傍におけるドメイン構造、界面構造、歪み状態、電子状態について調べた。薄膜の歪み状態を変化させるために基板には、格子定数や熱膨張係数の異なる(001)配向SrTiO3(STO),KTaO3 (KTO),MgO単結晶基板を使用した。また、電気特性評価用に半導性LaドープSTO(La:STO)単結晶基板を使用した。各固溶体の組成域としては、MPBが予想される組成範囲に注目した。初年度は、このうち特に端成分である2元系固溶体PZTの界面構造制御の重要性を示す現象を見出したのでこの点に焦点を絞る。
1.CSD法における有機金属酸化物の低温熱分解過程で生じた非晶質PZT薄膜の段階でSTO基板上に約1-2単位胞の厚さの結晶相が(001)のCube-on-cubeの方位関係を持ってエピタキシャル成長し、結晶成長のシード層となることを見出した。
2.完全c軸配向PTO/STOやPZT/KTOでは格子ミスマッチが小さいため整合界面を形成し、基板側へのPbの拡散は見られず界面は原子レベルで急峻であった。一方、MgO基板上では部分転位を伴う特異な界面構造を形した。
3.PZT/STO半整合界面やPTO/STO薄膜における90°ドメインに伴って生成したミスフィット転位を拡散パスとしたPbの拡散が生じ、さらに90°ドメインの形成によりPbの拡散が促進される現象を見出した。
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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
1.PMN-PZO,PMN-PTO,PTO-PZO(PZT)の3種の組み合わせの2元系固溶体について、化学溶液堆積(CSD)法やMOCVD法によりペロブスカイト相単相(001)エピタキシャル薄膜の成長条件を種種の基板について確立した。
2.CSD法における結晶成長過程を明らかにした。
3.薄膜と基板の整合性やドメイン構造に伴う格子欠陥や局所弾性場が界面急峻性に重要な役割を果たすことを明らかにした。
4.MPB組成における組織についても成果が出始めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
PMN-PZ,PMN-PT,PMN-PT-PZについて引き続き研究を進める。ただし、大学休業に伴う実質的な実験停止期間が2ヶ月に及び今後の社会情勢が不透明なため、基板種や組成域を精査して効率化を図る。特に、MPB組成域に及ぼす基板種、膜厚や配向の違いによる歪みの影響および構造、誘電特性の変化、3成分系における組織形成と誘電特性について、材料組織と結合状態の観点から研究を進める。
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