PZT single crystal fabricated with ultrasonic-assisted hydrothermal method

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K21958
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: MORITA Takeshi 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (60344735)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: 水熱合成法 / 超音波アシスト / チタン酸ジルコン酸鉛 / エピタキシャル薄膜

Outline of Final Research Achievements

The hydrothermal method realizes a high-quality thin film due to its low reaction temperature of 150degree C., which is extremely low compared to other methods. In this study, we tried to obtain thick the epitaxial film of lead zirconate titanate (PZT), which is important piezoelectric material. For this purpose, the ultrasonically assisted hydrothermal synthesis method was introduced, which was originally developed by us. By examining the ultrasonic irradiation time, cooling time and holding position of the STO single crystal substrate in the reaction container, etc., an epitaxial PZT thick film with a thickness of 9.4 micro meters could be deposited. This thickness is about 10 times thicker than that synthesized with no-ultrasonic irradiation.

Free Research Field

超音波応用デバイス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)は、圧電材料として最も重要なものですが、単結晶化が極めて困難です。本研究では水熱合成反応が高品質エピタキシャル薄膜を得ることができることに注目し、独自開発した超音波アシスト法を導入することで、この厚膜化を試みました。その結果、薄膜としては非常に膜厚のある9.4ミクロン厚を実現することに成功しました。このプロセスをさらに改良して厚膜化することによりPZT単結晶体としての合成を実現することができれば、圧電材料研究に多大な貢献ができることと期待されます。