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2011 Fiscal Year Annual Research Report

組成・価数制御されたBiFeO_3薄膜の作製とリーク電流機構解明

Research Project

Project/Area Number 22656075
Research InstitutionUniversity of Hyogo

Principal Investigator

藤澤 浩訓  兵庫県立大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (30285340)

KeywordsBiFeO_3 / 絶縁性 / リーク電流 / 組成制御 / 価数制御
Research Abstract

・イオンビームスパッタ(IBS)法では,飽和したD-Eヒステリシスループを示す高絶縁性のBiFeO_3薄膜が得られるのは,正規組成であるBi/Fe=1.0からほぼ±5%以内に限られることを明らかにした.また,鉛系強誘電体薄膜に比べ,組成の自己制御性が乏しく,組成ずれが生じやすいことも明らかとなった.
・RFスパッタ法によるBiFeO_3薄膜の作製にも取り組み,組成制御により正規組成の薄膜を形成することで,絶縁性が高く飽和したD-Eヒステリシスループを示すBiFeO_3薄膜をRFスパッタ法により初めて形成することに成功した.残留分極と抗電界はそれぞれ120μC/cm^2と250kV/cmと,単結晶やPLD法やMOCVD法,MBE,IBS法による高品質なBiFeO_3薄膜と比較しても遜色なく,成膜方法によらず精密な組成制御が電気的特性の改善に必要不可欠であることを明らかにした.
・2価のFeOを原料としてIBS法により2価のFeイオンを含むBiFeO_3薄膜の作製を行い,Feイオンの価数とリーク電流の関係を調べた.その結果,FeOを原料とした場合にはBiFeO_3薄膜の絶縁性が低下し,リーク電流が増大することを明らかにした.しかしながら,AESやXPSでは,表面清浄化のためのArイオンによるエッチングによっても価数や組成が変化したため,薄膜中のFeイオンめ価数比(Fe^<2+>/Fe^<3+>比)を精密に決定することはできなかった.
・BiFeO_3薄膜のリーク電流機構の解析からは,プールフレンケル伝導が支配的であり,正規組成からのずれが欠陥とリーク電流の増加を引き起こすことが明らかとなった.
・BiFeO_3薄膜の絶縁性を向上させるためには,鉛系強誘電体薄膜よりも組成の自己制御性が乏しいことを考慮して,作製条件と組成のより精密な制御が絶縁性を向上させるために必要不可欠であることを明らかにした.

  • Research Products

    (10 results)

All 2012 2011

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] Characterization of Epitaxial BiFeO_3 Thin Films Prepared by Ion Beam Sputtering2011

    • Author(s)
      S. Nakashima, Y. Tsujita, H. Fujisawa, J. M. Park, T. Kanashima, M. Okuyama, and M. Shimizu
    • Journal Title

      Current Applied Physics

      Volume: 11 Pages: S244-S246

    • DOI

      DOI:10.1016/j.cap.2010.11.066

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preparation of BiFeO_3 Thin Films on SrRuO_3/SrTiO_3 (001) Substrate by Dual Ion Beam Sputtering Process2011

    • Author(s)
      S.Nakashima
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys.

      Volume: 50 Pages: 09NB01

    • DOI

      10.1143/JJAP.50.09NB01

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth of High Quality BiFeO_3 Thin Films by Dual Ion Beam Sputtering2011

    • Author(s)
      S.Nakashima
    • Journal Title

      IEEE Proc.ISAF/PFM 2011

      Pages: 168-171

    • DOI

      10.1109/ISAF.2011.6014140

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] RFプレーナマグネトロンスパッタ法を用いたエピタキシャルBiFeO_3薄膜の作製2012

    • Author(s)
      高田祐介
    • Organizer
      平成24年(2012)春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都)
    • Year and Date
      2012-03-18
  • [Presentation] デュアルイオンビームスパッタにより作製したノンドープBiFeO_3薄膜のドメイン構造と強誘電ヒステリシスループ2011

    • Author(s)
      中嶋成二
    • Organizer
      第21回日本MRS学術シンポジウム
    • Place of Presentation
      横浜情報文化センター,波止場会館(神奈川県)
    • Year and Date
      2011-12-21
  • [Presentation] Low Pressure Growth and Fully Saturated Hysteresis Loops of Epitaxial BiFeO_3 Thin Films Prepared by Dual Ion Beam Sputtering2011

    • Author(s)
      H.Fujisawa
    • Organizer
      Mater.Res.Soc.2011 Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2011-11-30
  • [Presentation] エピタキシャルPbTiO_3薄膜のリーク電流2011

    • Author(s)
      高田祐介
    • Organizer
      平成23年(2011)秋季第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形県)
    • Year and Date
      2011-09-01
  • [Presentation] デュアルイオンビームスパッタ法を用いたBiFeO_3薄膜の作製(II)2011

    • Author(s)
      辻田陽介
    • Organizer
      平成23年(2011)秋季第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形県)
    • Year and Date
      2011-08-31
  • [Presentation] STRUCTURAL AND FERROELECTRIC PROPERTIES OF BiFeO_3 THIN FILMS PREPARED BY DUAL ION BEAM SPUTTERING PROCESS2011

    • Author(s)
      S.Nakashima
    • Organizer
      Int.Symp.on Piezoresponse Force Microscopy & Nanoscale Phenomena in Polar Materials
    • Place of Presentation
      Vancouver, Canada
    • Year and Date
      2011-07-25
  • [Presentation] デュアルイオンビームスパッタを用いたSrRuO_3/SrTiO_3基板上へのBiFeO_3薄膜の作製2011

    • Author(s)
      中嶋誠二
    • Organizer
      第28回強誘電体応用会議
    • Place of Presentation
      コープイン京都(京都府)
    • Year and Date
      2011-05-27

URL: 

Published: 2013-06-26  

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