2008 Fiscal Year Annual Research Report
高誘電体ナノ材料のボトムアップ集積による高機能誘電体素子の創製
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20656106
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Exploratory Research
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
長田 実 National Institute for Materials Science, ナノスケール物質センター, 主幹研究員 (10312258)
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| Keywords | 酸化物ナノシート / ボトムアップ集積 / 誘電体デバイス / ナノキャパシタ / 単分子デバイス |
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| Research Abstract |
本研究では、次世代誘電体デバイスの開発を目指した新たな試みとして、申請者が最近開発した「分子レベルの薄さの高誘電体ナノシート」を利用したボトムアップ集積技術を提案し、従来のトップダウン技術では実現できない高機能の誘電体素子の開発を行う。巨大誘電特性、サイズ効果フリー機能など特異的誘電特性を有する酸化チタンナノシートをモデルケースに、ナノ領域で実現する特異物性の機構解明を行い、新規高誘電体ナノシートの開発につなげる。さらに、室温・溶液プロセスをベースとした独自の集積技術によりナノ界面制御と素子製造を実現し、ナノシートを基幹ブロックとする高容量high-kナノキャパシタの構築と、ナノシートを活用した単分子デバイスの創製を目指す。
本年度は、サイズ効果フリー機能を確認しているAu/(Ti_<0.87>O_2)_n/SrRuO_3(n=積層数)に加え、Au上部電極とSrRuO_3下部電極をPt,IrO_2,SrIrO_3などに変えた様々なナノキャパシターを作製し、電極/誘電体界面構造と誘電特性の評価を行った。界面構造の評価には、STEM-ELLS分析に加え、界面構造に敏感な高エネルギーX線光電子分光を利用し、低誘電率界面層「デッドレイヤー」の存在の有無や界面バンド構造を明らかにした。
さらに、酸化チタンナノシートにおいて、元素置換や欠陥制御を行い、ナノシート単体として高い誘電率を有する新規ナノシートの探索を行った。これまで開発した酸化チタンナノシート(Ti_<0.87>O_2)およびその関連化合物に対し、第一原理計算に基づく材料設計によりドープ量や構造の最適化を行った。その結果、NbおよびTa置換が有効となることが明らかとなった。この知見に基づき、TiO_6八面体の一部をNbO_6八面体で置き換えたチタン・ニオブ酸ナノシートを作製し、誘電特性の評価を行ったところ、10nmを切る極薄膜領域において最高の誘電率(150)を有する新規ナノシートの開発に成功した。
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[Journal Article] Raman Spectroscopy Study of Oxygen Vacancies in PbTiO_3 Thin Films Generated Heat-Treated in Hydrogen Atmosphere2008
Author(s)
K. Nishida, M. Osada, H. Takeuchi, Y. Ishimoto, J. Sakai, N. Ito, R. Ikariyama, T. Kamo, T. Fujisawa, H. Funakubo, T. Katoda, T. Yamamoto
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Journal Title
Jpn. J. Appl. Phys. 47
Pages: 7510-7513
Peer Reviewed
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