2022 Fiscal Year Research-status Report
パルス光照射を用いた分極傾斜ナノ構造膜の作製手法創出
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21K04146
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
北中 佑樹 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, 研究員 (20727804)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 薄膜 / 複合材料 / 誘電体 / 結晶構造 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
誘電体材料の高機能化手法として、異なる分極状態を持つ材料をナノ領域で人工的に複合化
し、界面領域に分極傾斜構造を構築する方法が期待されている。本研究では、ナノ構造を含有した有機金属溶液を光照射によって結晶化し、膜中に分極傾斜構造を含有する薄膜形成プロセスを開発することを目的とする。
BaTiO3ナノ粒子とアルカリNb系有機金属溶液を用いた分極傾斜構造膜の作製を実施した。昨年度までにナノ粒子を核膜の結晶化を達成し、分極傾斜構造を持つ薄膜の作製に成功したが、膜中の欠陥構造が原因で漏れ電流が大きく、正確な電気物性評価が困難だった。本年度は、光照射条件の最適化と元素ドーピングによって絶縁性を向上させ、漏れ電流の影響なく薄膜の強誘電性の評価を実現した。この成果をもとに、傾斜組成の異なる種々の構造薄膜を作製・物性評価し、異種材料ナノ粒子の含有が膜物性に及ぼす影響を明らかとした。一方で、ナノ粒子近傍の結晶構造が膜全体の電気物性に影響を及ぼす機構については未解明であることが今後の課題である。
上記の未解明な機構を明らかにし、さらに電子状態計算を用いた分極傾斜構造の物性予測を実現に向けて、アルカリNb系材料の構造計算も引き続き実施した。多様な結晶構造をとりうるNb系ペロブスカイトの構造計算を効率化する目的で、機械学習を取り入れた材料物性計算を実施し、外部電場で引き起こされる結晶相変化の様子を調べた。電子状態計算によって得られた成果を中心に、対外的な発表も行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度の研究において達成したナノ粒子含有複合構造膜を高度化し、当初の予定通り種々の傾斜構造の作製を達成したこと、また初年度に課題となった漏れ電流の問題についても異元素ドーピングの活用などにより解決することができ、順調に研究が進展している。
通常の熱を用いた成膜では組成制御が困難なアルカリ含有材料においても種々の傾斜構造の作製に成功しており、、本プロセスの有効性を実証できた。分極等の電気物性の評価についても第一原理電子状態計算を活用した予測を進展させている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究によって明らかとなった、異なる分極構造を持つナノ粒子からの結晶成長が膜全体の物性に及ぼす影響についての理論的背景の探求を中心に研究を進展するとともに、溶液法へのナノ粒子含有以外の傾斜構造作製への展開も狙う。異種材料の界面構造における結晶科学に立脚した電気物性の制御指針の確立を最終的な目標とする。次年度が最終年度となる予定であることから、対外発表についても精力的に行う。
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| Causes of Carryover |
年度中に投稿を予定していた論文投稿関連の費用として確保していたが、投稿が次年度にずれ込んだために該当予算を次年度使用額として繰り越しを行った。次年度の早い段階で投稿料を含めた対外発表のための費用として使用予定である。
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