2019 Fiscal Year Research-status Report
PZT single crystal fabricated with ultrasonic-assisted hydrothermal method
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19K21958
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
森田 剛 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (60344735)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | チタン酸ジルコン酸鉛 / エピタキシャル成長 / 水熱合成法 / 超音波アシスト / 厚膜化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)は、圧電体及び強誘電体として、超音波振動子や圧電センサ・アクチュエータへの応用、強誘電体メモリに広く用いられており、最も重要な機能性材料の一つとして認識されている。しかし、PZTは多結晶から構成されるセラミックとしてのみ存在しており、その単結晶としての製造が極めて困難であるという問題点があった。PZT単結晶が存在しないことは、セラミックの特性を理論的に解析したり、ドメイン構造に着目した圧電性評価でのモデル化ができなくなってしまう。理学および工学の観点からPZT単結晶のデータは極めて重要なものであるにも関わらず、その実測値がないという状況にあった。
PZT単結晶の製造を困難にしているのは、材料合成時の高温状態では立方晶であり、室温に戻す際に正方晶もしくは菱面晶に相変化する際に、結晶内部に大きな内部ひずみが生じてしまうことが主原因である。一方、応募者はチタン酸鉛において、完全配向エピタキシャル化に成功し、強誘電・圧電特性測定から優れた特性を実証している。また、多結晶PZT成膜において、水熱反応中に強力超音波照射を行うと結晶生成プロセスが促進されて厚膜化できることを示した。そこで、本研究では、この独自開発した超音波アシスト水熱合成法において、合成温度が150℃程度と非常に低くキュリー点以下であることと、超音波照射によって厚膜化が可能になることに注目し、エピタキシャルPZT厚膜の合成を試みることとした。
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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
エピタキシャル成長させるためのチタン酸ストロンチウム単結晶(100)基板を準備し、超音波照射水熱法専用容器に設置するためのテフロン製治具を設計、試作した。この容器を用いてエピタキシャルPZT厚膜を超音波アシスト水熱合成法によって合成し、その厚膜をSEM観察、XRD評価した。この結果、従来の超音波アシストしない場合の薄膜と比較して十分厚い膜厚が得られていることが示唆される結果を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
高分解能SEMによって合成したエピタキシャルPZT厚膜の断面像を観察するとともに、Ti/Zr比などの化学組成についての観察を行う。さらに、超音波アシストの照射時間や反応温度などの最適化を行うことによって、さらなる厚膜化を行うことを目指す。
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