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2023 Fiscal Year Annual Research Report

窒化アルミニウム基エピタキシャル薄膜を用いた強誘電性サイズ効果の解明

Research Project

Project/Area Number 21H01617
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

舟窪 浩  東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (90219080)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 上原 雅人  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 (10304742)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords窒化アルミニウム / 強誘電性 / サイズ効果 / エピタキシャル膜
Outline of Annual Research Achievements

AlN[(Al,Sc)N]は、六方晶の対象中心の無いウルツ鉱構造を有し、膜厚300nmの分極軸であるc軸一軸配向膜について強誘電性が実験的に確認された。研究代表者は、この強誘電性の発現起源の違いがサイズ効果と深く関係しており、強誘電性の起源がHfO2に近い蛍石構造やウルツ鉱構造強誘電体では、サイズ効果はほとんど観察されないと考えている。本研究の目的は、巨大強誘電性を有するAlN基エピタキシャル膜を作成し、その巨大強誘電性の詳細な解析を行うことで、“サイズ効果”の起源を解明することである。本研究では、(Al,Sc)Nおよび(Ga,Sc)N膜を作成し、その強誘電性を調査した。
RFマグネトロン法で作成した (Al,Sc)Nについては、従来の蒸着で作製したPt上部電極に加えて、スパッタリング法で作製したTiN電極およびPt電極の場合も(Al,Sc)Nの薄膜化の検討を行った。その結果、膜厚が約20nmまでの領域では、電極の種類や作製法によらず大きな残留分極値の低下は確認できなかった。このことから膜厚20nmの範囲では、膜全体の残留分極値は電極と膜の界面から大きな影響を受けないと言える。また、エピタキシャル成長させたNbN電極上に作製したc軸配向のエピタキシャル膜についても薄膜化の検討を行った。その結果、膜厚が50nmまでは残留分極の大きな劣化は見られず、面内の配向は薄膜化には大きな影響を及ぼさないことが明らかになった。絶縁性については、エピタキシャル膜の方が一軸配向膜よりリーク電流が大きい結果となった。この理由について、180°ドメインの境界でのリーク可能性の考察を行った。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Invariant polarization switching kinetics in an (Al0.8Sc0.2)N film with frequency and temperature2023

    • Author(s)
      Shinnosuke Yasuoka, Ryoichi Mizutani, Reika Ota, Takahisa Shiraishi, Takao Shimizu, Kazuki Okamoto, Masato Uehara, Hiroshi Yamada, Morito Akiyama, Hiroshi Funakubo
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 123 Pages: 202902

    • DOI

      10.1063/5.0171108

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Scalable ferroelectricity of 20-nm-thick (Al0.8Sc0.2)N thin films sandwiched between TiN electrodes2023

    • Author(s)
      Reika Ota, Shinnosuke Yasuoka, Ryoichi Mizutani, Takahisa Shiraishi, Kazuki Okamoto, Kuniyuki Kakushima, Tomoyuki Koganezawa, Osami Sakata, Hiroshi Funakubo
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 134 Pages: 214103-1-6

    • DOI

      10.1063/5.0166288

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Pt下部電極の膜厚がAlScNの膜特性に及ぼす影響2024

    • Author(s)
      道古宗俊、松井尚子、入澤寿和、恒川孝二、中村美子、岡本一輝、舟窪浩
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Ga添加によるAlNへのSc固溶量の増加とその強誘電性および圧電性への影響2024

    • Author(s)
      大田怜佳、安岡慎之介、中村美子、岡本一輝、原浩之、正能大起、上岡義弘、召田雅実、舟窪浩
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 圧電デバイス用としてのウルツ鉱型窒素化合物薄膜の開発2024

    • Author(s)
      上原雅人
    • Organizer
      第199回電子セラミック・プロセス研究会
    • Invited
  • [Presentation] 種々の組成の(Al, Sc)N多層膜のスイッチング特性評価2023

    • Author(s)
      安岡慎之介、岡本一輝、清水荘雄、松井尚子、入澤寿和、恒川孝二、舟窪浩
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Ferroelectric Property Improvement of (Al1-x-yGaxScy)N Ternary Thin Films2023

    • Author(s)
      Reika Ota, Shinnosuke Yasuoka, Kazuki Okamoto, Yoshihiro Ueoka, Yoshiro Kususe, Masami Mesuda, Hiroshi Funakubo
    • Organizer
      2023 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characterization of Ferroelectric Switching Properties for (Al,Sc)N Films with Various Composition2023

    • Author(s)
      Shinnosuke Yasuoka, Kazuki Okamoto, Takao Shimizu, Hiroshi Funakubo
    • Organizer
      2023 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Book] CSJカレントレビュー 固体材料開発のフロンティア - 熱力学的支配を超えた物質合成と新機能開拓を目指して2024

    • Author(s)
      舟窪浩、清水荘雄
    • Total Pages
      6
    • Publisher
      化学同人
    • ISBN
      9784759814095
  • [Remarks] 東京工業大学 物質理工学院 材料系材料コース 舟窪研究室

    • URL

      https://f-lab.iem.titech.ac.jp/

URL: 

Published: 2024-12-25  

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