2022 Fiscal Year Annual Research Report
Exploration of novel physical properties of HfO2-based ferroelectrics by controlling polarization fluctuations
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20H02445
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
浅沼 周太郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30409635)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武貞 正樹 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (30311434)
森田 行則 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (60358190)
太田 裕之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (70356640)
右田 真司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 総括研究主幹 (00358079)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / HfO2 / 薄膜 / ドメインエンジニアリング / バンドエンジニアリング / 光学特性 / 第二高調波 / リラクサー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は本課題の目標を達成するために（１）バンドエンジニアリング及び（２）ドメインエンジニアリングの二つの観点からHfO2系強誘電体の特性と関連の大きいパラメータの探索を行った。また、作製した試料について電気特性及び光学特性の二つの面から評価を進めた。
バンドエンジニアリングからのアプローチではパルスレーザー堆積法(PLD法)を用いて薄膜試料の成膜を進めている。HfO2にY3＋を添加したY:HfOの強誘電性については既に複数の報告が行われている。そこで、この知見を活かし、Y:HfOにさらにNb5+を添加したYxNbxHf1-2xO2（YNHO）をパルスレーザーデポジション（PLD）法を用いて成膜し、強誘電性を評価する実験を行った。x = 0.06、膜厚8.9 nmの試料を微細加工し、PUND測定法を用いて強誘電性を評価したところ、印加電圧2 Vで2Pr = 12μC/cm^2、抗電界Ec = 0.77 MV/cmの自発分極を示した。また、Endurance特性を測定したところ、10^10回までWake-up特性も疲労特性も示さない安定なEndurance特性を示した。これは電界印加により酸素欠陥が移動していないことを示唆しており、想定通り酸素欠陥なしで強誘電相が安定化しているHfO2系強誘電体の作製に成功した可能性がある。
ドメインエンジニアリングからのアプローチでは、HfO2-ZrO2ナノラミネート膜で結晶化温度が下がる原因の検証を行った。その結果、HfO2層と比較してZrO2層の酸素濃度が僅かに高いことが分かった。これは酸素濃度がアニーリング時に結晶化を誘起している可能性を示唆している。
また、光学特性については強誘電体薄膜Hf0.5Zr0.5O2におけるラマン散乱の測定を行った。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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