Investigation of "Size effect" in ferroelectricity using aluminium nitride- based epitaxial films

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01617
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: FUNAKUBO Hiroshi 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) ; 木口 賢紀 熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 教授 (70311660)
• 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 / ウルツ鉱構造窒化物

Outline of Final Research Achievements

Remanent polarization of (Al,Sc)N films kept almost constant down to 12 nm in thickness. This is almost independent of the in-plane orientation, i.e., both epitaxial and one-axis-oriented films with (001)-out-of-plan orientation. The coercive field increases with decreasing film thickness. However, its increase with decreasing film thickness is smaller than reported ones for other ferroelectric films. This indicates that coercive fields tend to be similar in the case of several nanometers in thickness.

Free Research Field

無機材料科学　機能性薄膜

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、ウルツ鉱構造強誘電体が薄膜化による残留分極の低下がほとんど見られないことを解明した。この成果は、この物質の大きな残留分極値を利用したトンネル構造のメモリ応用にとって、最も重要な結果といえる。
強誘電体を用いたメモリは最も低消費電力でのデータ保持が可能である。情報関係で消費されると予想される電力は今後飛躍的な増加が予想されており、そのエネルギー消費を下げるかは、今後の最も重要な社会課題の一つである。このことを踏まえると、本研究は(Al,Sc)N膜がこの社会課題に対応可能なことを示した結果であり、その社会的意義は大きい。