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界面制御によるシリコン基板上への強誘電体薄膜のヘテロエピタキシャル成長

研究課題

研究課題/領域番号 09450125
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関北陸先端科学技術大学院大学

研究代表者

堀田 將 (堀田 将)  北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助教授 (60199552)

研究分担者 増田 淳  北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助手 (30283154)
研究期間 (年度) 1997 – 1998
研究課題ステータス 完了 (1998年度)
配分額 *注記
6,800千円 (直接経費: 6,800千円)
1998年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
1997年度: 5,100千円 (直接経費: 5,100千円)
キーワードシリコン / 強誘電体 / ジルコン酸チタン酸鉛 / イットリア安定化ジルコニア / 反応性スパッタリング / ヘテロエピタキシャル成長 / 強誘電体メモリ / イリジウム
研究概要

(1) YSZ薄膜をSi基板上に800°Cで形成し、冷却速度を0.1〜1000K/sと変えて室温まで冷却後、その試料のC-V特性を測定したところ、C-V特性には殆ど変化が見られなかった。しかし、経時絶縁破壊特性において、冷却速度が1〜10K/sである試料が最も良い特性を示した。
(2) 高密度プラズマが試料に直接当たるようにした試料と、できるだけそれを抑制した試料のC-V特性を比較したところ、プラズマに直接当たった方が、可動イオンによる大きいヒステリシス幅を観測した。
(3) 基板温度460,470°Cの低温で作製したPZT薄膜は、従来と異なる単斜晶系の(110)PZTとして(100)YSZ薄膜上にヘテロエピタキシャル成長した。この薄膜は、300,325,350゚Cと段階的にアニールしたところ、リーク電流密度が3Vで1x10^<-7>A/cm^2以下に低減し、C-V特性が分極に起因したヒステリシス特性を示した。
(4) Ir薄膜は基板温度600°CでYSZ層上にエピタキシャル成長するが、堆積速度が0.42nm/minと遅いと(100)主配向膜となり、1.2nm/minと速いと(111)主配向膜となることがわかった。この(100)主配向膜は、YSZ層の結晶性を是正するのに有効であった。
(5) エピタキシャル(001)PZT薄膜は(100)主配向あるいは混合配向Ir膜上に基板温度600°Cで、エピタキシャル(111)PZT薄膜は(111)主配向Ir膜上に基板温度650°C以上で得られた。
(6) PZT薄膜の配向が(001)に強くなればなるほど、またその結晶性が良くなればなるほど、その残留分極が大きくなり、リーク電流が減少する傾向にあった。
(7) YSZ層の誘電率の低下の原因が、YSZ層とSi基板との間に存在する約2.5nmの酸化Si層であることがわかった。この酸化Si層は、YSZ層形成温度の低減と、Zr_+Y金属膜の堆積制御により1.3nmに低減出来ることがわかった。

報告書

(3件)
  • 1998 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1997 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (20件)

  • [文献書誌] S.Horita, T.Naruse, M.Watanabe, A.Masuda: "Interface Control of Pb(Z_<rx> Ti_<1-x>)O_3 Thin Film on Silicon Substrate with Hetero-epitaxial Yeeria-Stabilized Zirconia(YSZ) Buffer Layer" Appl.Surf.Sci. 117/118. 429-433 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Horita, M.Watanabe, A.Masuda: "Stracture and Electrical Properties of Yeeria-Stabilized Zirconia Films with Controlled Y content Heteroepitaxially Growth on Si by Reactive Spattering" Material Science Engineering B. 54. 79-83 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Horita, M.Watanabe, S.Umemoto and A.Masuda: "Material Properties of Heteroepitaxial Yeeria-Stabilized Zirconia Films with controlled Y content on Si prepared by Reactive Spattering" Vacuum. 51. 609-613 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Horita, S.Horii and S.Umemoto: "Material Properties of Heteroepitaxial Ir and Pb(Z_<rx> Ti_<1-x>)O_3 Films on (100)(ZrO_2)_<1-x>(r_2O_3)x/(100)Si Structure Prepared by Sputtering" Jpn.J.Appl.Phys. 37・9B. 5141-5144 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Horita, S.Horii: "Heteroepitaxial Growth of PZT Film on (100)Ir/(100)YSZ/(100)Si Substrate Structure Prepared by Reactive Sputtering" Abs.Material Research Society(MRS) FAll Meeting. 295 (1998)

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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 堀田將, 堀井貞義: "(100)YSZ/(100)Si基板構造上にスパッタ法により形成したヘテロエピタキシャル(100)Ir及び(001)PZT薄膜の膜質特性" 電子情報通信学会技術研究報告. 98・No591. 39-46 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Horita, T.Naruse, M.Watanabe, A.masuda: "Interface Control of Pb (Zr_xTi_<1-x>) O_3 Thin Film on Silicon Substrate with Hetero-epitaxial Yttria-Stabilized Zirconia (YSZ) Buffer Layer" Appl.Surf.Sci. 117/118. 429-433 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Horita, M.Watanabe, S.Umemoto, A.masuda: "Material Properties of Heteroepitaxial Yttria-Stabilized Zirconia Films with Controlled Y Content on Si Prepared by Reactive Sputtering" Proc.the 4th Inter.Symp.on Sputtering & Plasma Processes. 163-168 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Horita, M.Watanabe, A.masuda: "Structure and Electrical Properties of Yttria-Stabilized Zirconia Films with Controlled Y Content Heteroepitaxially Grown on Si by Reactive Sputtering" Material Science Engineering B. 54. 79-83 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Horita, M.Watanabe, S.Umemoto, A.masuda: "Material Properties of Heteroepitaxial Yttria-Stabilized Zirconia Films with Controlled Y Content on Si Prepared by Reactive Sputtering" Vacuum. 51. 609-613 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Horita, S.Horii, S.Umemoto: "Material Properties of Heteroepitaxial Ir and Pb (Zr_xTi_<1-x>) O_3 Films on (100) (ZrO_29_<1-x> (Y_2O_3) _x/ (100) Si Structure Prepared by Sputtering" Jpn.J.Appl.Phys. 37. 5141-5144 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Horita, S.Horii: "Heteroepitaxial Growth of PZT Film on (100) Ir/ (100) Si Substrate Structure Prepared by Reactive Sputtering" Abs.Material Research Society (MRS) Fall Meeting. 295 (1998)

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    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Horita, S.Horii: "Material Properties of Heteroepitaxial (100) Ir and (001) PZT Films on a (100) YSZ/ (100) Si substrate Structure Prepared by Sputtering" Shingakugihou (Japanese). 98. 39-46 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Horita, M.Watanabe and A.Masuda: "Structure and Electrical properties of Yttria-Stabilized Zirionia Films with Controlled Ycontent Heteroepitaxially Grown on Si by Reactive Sputtering" Material Science Engineering B.vol.54,No.1-2. 79-83 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] S.Horita, M.Watanabe, S.Umemoto and A.Masuda: "Material Proparties of Heteroepieaxial Yttria-Stabilized Zirionia Films with Controlled Ycontent on Si Prepared by Reactive Sputtering" Vacuum. vol51,No.4. 609-613 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] S.Horita, S.Horii and S.Umemoto: "Material Properties of Heteroepitaxial Ir and Pd(2_<rx> ti_<1-x>)O_3 Films on (100)(3_rO_2)_<1-x>(Y_2O_3)_x/(100)Si Stracture Prepared by Sputtering" Japanese Journal Applied Physics. vol.37,No.9B. 5141-5144 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] S.Horita and S.Horii: "Heteroepitaxial Growth of P2T Films on (100)Ir/(100)YS2/(100)Sr Substrate Structure Prepared by Reactive Sputtering" Materials Research Society Symposium Proceedings Ferroelectric Thin Films VII,発表予定. (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 堀田將、堀井真義: "(100YS3/(100)Sa基板構造上にスパッタ法により形成したヘテロエピタキシャル(100)Ir及び(a01)P2T薄膜の膜質特性" 電子情報通信学会技術研究報告. vol98,No591. 39-46 (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] S.Horita, T.Naruse, M.Watanabe, A.Masuda, T.Kawada and Y.Abe: "Interface control of Pb(2rxTi1-x)O_3 thin film on silicon substrate with heteropitaxial YSZ bufler laycr" Applied Surface Science. 117/118. 429-433 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] S.Horita, M.Watanabe, S.Umemoto and A.Masuda: "Material Properties of Heteroepitaxial Yttria-Stabilized Zirconia Films with Controlled Ycontent on Si Prepared by Reactire Sputtering" proc.of The Fourth International Symposium on Sputtering & Plasma Processes. No.EI1-6. 163-168 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書

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公開日: 1997-04-01   更新日: 2016-04-21  

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