2014 Fiscal Year Research-status Report
紫外光アシストALD法による強磁性強誘電体人工超格子の成長
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26600104
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
坂間 弘 上智大学, 理工学部, 教授 (10242017)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 強磁性強誘電体 / 原子層堆積法 / 人工超格子 / 紫外光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ビスマスをAサイトに持つ、いわゆるBiぺロフスカイト遷移金属酸化物の人工超格子によって、室温以上で強磁性と強誘電性をあわせ持つ物質（いわゆる強磁性強誘電体）を作製し、それを使って高速低消費電力型のハードディスクやMRAMなどを実用化することを最終的な目標としている。特に本研究においては、今までの実績をもとに、現状よりもさらに人工超格子の自発磁化を格段に増大させ、実用化が十分可能なレベル（300emu/cc以上）まで引き上げることを目的としている。そのためには、150℃以下での低温成長を実現させなければならない。成長温度がこれより高いと、Fe3+とCr3+が相互拡散によって入れ替わって原子配列が乱れ、交互のFe3+とCr3+からなる磁気秩序が破壊されるために、自発磁化が大きく減少するからである。そのために紫外光を用いる。ただし低温では、金属化合物が酸化剤と反応して解離して、金属酸化物となるための熱エネルギーが不足する。それを紫外光の光エネルギーで補うことで、150℃以下の低温成長を実現する。
初年度は既存のALD装置のリアクター部を作り直して、紫外光をリアクター内に導入できるようにした。既存のALD装置は、リアクター内に外部より光を導入できるようには設計されていなかった。そこで、基板を置く試料台の真上にあるリアクター部のフタ（カバー）をそれが可能なように新調した。すなわち、フタに紫外光源のランプハウスの先端部が直接取り付けられるようにICF30コンフラットフランジを設置した。また、光学フィルターを紫外光源からの光路の途中に挿入し、可視～赤外光を完全にカットした。以上の操作で、紫外光を成長中の基板上に照射することが可能となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
初年度は、（研究実績の概要）に記述した目的を達成するための装置の改造を行った。すなわち、既存のALD装置のリアクター部を作り直して、紫外光をリアクター内に導入できるようにした。そのために、基板 を置く試料台の真上にあるリアクター部のフタ（カバー）を新調した。具体的には、フタに紫外光源のランプハウスの先端部が直接取り付けられるようにICF30コンフラットフランジを設置した。また、光学フィルターを紫外光源からの光路の途中に挿入し、可視～赤外光を完全にカットした。以上の操作で、紫外光を成長中の基板上に照射することが可能となった。
次にALD装置を操作するためのソフトウエアが紫外光源のON/OFFを制御できるように、ソフトを書き換えた。しかし、紫外光源のリモート制御の方式がやや特殊でALD装置の制御用ソフトとの互換性が乏しく、ALD装置のソフトそのものを一部作り直す必要に迫られた。それは完了したが、実際の動作チェックでは時々期待通りの動作をしないことがあり、現在その原因を調査中である。
したがって、初年度中に紫外光アシストALD装置に関する発表を、国内外で行う予定であったが、それが年度内にできなくなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の結果を踏まえて、まずソフトのバグを取り除き、制御上の不具合を解決する。そして、全体的なシステム構成を検査し、ハード・ソフトの動作チェックを慎重に行う。その過程で問題が発見されれば、修正を行う。
それらが正常に機能することが確かめられれば、装置を使ってまずBiFeO3薄膜を作製する。原料としてはBi(ph)3、Fe(Cp)2と酸化剤（オゾン）を使う。紫外光の照射で、実際に150℃以下でのBiFeO3薄膜の成長が可能になるかどうか確かめる。薄膜を作製後、Ｘ線回折や透過電子顕微鏡で実際にBiFeO3薄膜ができているのか、XPSで薄膜中にCなどの不純物が残存していないかどうかを確認する。
そして、紫外光アシストALD法の有効性を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
ALD装置のソフトそのものを一部作り直したが、実際の動作チェックでは時々期待通りの動作をしないことがあり、その調整に時間がかかった。したがって、初年度中に紫外光アシストALD法に関する発表を、国内外で行う予定であったが、それが年度内にできなくなった。
次年度使用額が生じたのは、学会発表の際に使用する予定であった国内旅費および外国旅費を、発表の中止によって使わなかったためである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
プレカーサー原料費、具体的にはBi原料としてのBi(Ph)3、Fe原料としてのFe(Cp)2、及びCr原料としてのCr (Cp)2購入費に用いる。市販されている薬品から選ぶ。また、それらを入れる容器を購入する。さらに、基板（SrTiO3）（蒸着基板）を購入する。
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