原子レベル平坦ナノ積層膜による強誘電トンネル効果の解明と新規メモリ素子の実現

• 研究課題/領域番号: 15K05999
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 福岡大学
• 研究代表者: 西田 貴司 福岡大学, 工学部, 教授 (80314540)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: FeRAM / スパッタ法 / ナノ結晶 / 自己組織化 / スパッタ / Pt / 強誘電体 / 強誘電トンネル効果 / 次世代メモリ / 強誘電体メモリ

研究成果の概要

近年のIoT(モノのインターネット)を始めとする情報通信機器の発展のため、万能メモリーである強誘電体メモリや圧電型エネルギーハーベスターの実用化が期待されている。特に、強誘電体メモリは新規トンネルタイプメモリが注目されており、高品質ナノ結晶育成技術が重要である。本研究では独自手法である運動量制御型斜入射スパッタ法によりナノ3次元構造の育成と評価に取り組んだ。結果として、PZT系強誘電体材料のナノ結晶を育成でき、ナノ結晶アレイ、ナノシート、ナノワイヤを自己組織的に作り分けることに成功した。また、電極材料であるPtについてもmmオーダーの広面積で均質なナノシート状電極膜を形成することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では新しいナノ結晶育成手法が開発され、特にスパッタ法においても結晶成長を原子レベルで制御することが可能なことが示された。さらに様々なナノ構造体を作ることができることが示され、形状、形成位置を制御でき、ナノマテリアルの新しい育成技術を手に入れることができた。この研究成果を活用することで、次世代のメモリデバイスや発電デバイスの開発に役立ち、センサネットワークなど安全安心な社会の実現に寄与できると思える。

研究成果

• [雑誌論文] 振動発電用非鉛圧電材料の高品質化に向けた特性劣化評価技術の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西田 貴司, 触 浩貴, 吉田 裕則, 石居 拓也
  • 雑誌名: 日本電子材料技術協会会報 巻: 47 ページ: 16-20
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] PbTiO3ナノ結晶のスパッタ条件依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西田 貴司, 松澤 杏美, 触 浩貴, 吉田 裕則, 石居 拓也, 加来 司, 今崎 克哉
  • 学会等名: 第28回日本MRS年次大会
• [学会発表] 改良型スパッタリング法によるPtナノ膜の育成及び結晶性と表面構造の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 今崎 克哉, 石居 拓也, 加来 司, 西田 貴司
  • 学会等名: 平成30年度応用物理学会九州支部学術講演会
• [学会発表] 強誘電体ナノデバイス応用に向けた原子レベル平坦表面へのPbTiO3ナノ結晶の育成と評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加来 司, 石居 拓也, 今崎 克哉, 西田 貴司
  • 学会等名: 平成30年度応用物理学会九州支部学術講演会
• [学会発表] 強誘電体ナノデバイス応用に向けた原子レベル平坦表面へのPtナノ結晶のエピタキシャル成長 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石居 拓也, 吉田 裕則, 今崎 克哉, 加来 司, 西田 貴司
  • 学会等名: 平成29年度(第70回)電気・情報関係学会九州支部連合大会
• [学会発表] Defects characterization of piezoelectric films (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nishida
  • 学会等名: International Symposium of Ferroelectric Materials Toward Energy Harvesting
  • 発表場所: Ryukoku University Avanti Kyoto Hall, Kyoto
  • 年月日: 2016-02-24
  • 国際学会
• [学会発表] スパッタリング法を用いたサファイア基板上への自己組織化PbTiO_3ナノ結晶の高品質育成および結晶性・表面構造の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉田 裕則, 触 浩貴, 石居 拓也, 西田 貴司
  • 学会等名: 平成28年度(第69回)電気・情報関係学会九州支部連合大会
  • 発表場所: 宮崎大学
• [学会発表] Deposition of ZnO nanocrystals on atomically flat sapphire surface by sputtering (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nishida, Hiroki Fure, Hironori Yoshida, Ryotaro Tsujino, Yuta Tominaga, Ryo Kobe
  • 学会等名: 第25回日本MRS年次大会
  • 発表場所: 横浜開港記念会館
  • 年月日: 2015-12-08
• [学会発表] スパッタリング法を用いたα-Al_2O_3基板上へのZnOナノ結晶育成および結晶性・表面構造の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 触 浩貴, 吉田 裕則, 辻野 椋太郎, 冨永 雄太, 小部 椋, 西田 貴司
  • 学会等名: 平成27年度(第68回)電気・情報関係学会九州支部連合大会
  • 発表場所: 福岡大学, 福岡県
  • 年月日: 2015-09-27
• [学会発表] (Ba,Sr)TiO_3非線形誘電体薄膜の作製とマイクロ波チューナブルフィルタ特性の評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西田 貴司, 触 浩貴, 吉田 裕則, 辻野 椋太郎
  • 学会等名: 平成27年度(第68回)電気・情報関係学会九州支部連合大会
  • 発表場所: 福岡大学, 福岡県
  • 年月日: 2015-09-27
• [図書] Nanoscale ferroelectric-multiferroic materials for energy harvesting applications 1st edition (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nishida
  • 総ページ数: 252
  • 出版者: Elsevier
  • ISBN: 9780128144992
• [図書] 熱刺激電流を用いた材料・デバイス開発の最前線-第8章1 強誘電体のメモリー効果とTSC (2016)
  • 著者名/発表者名: 西田貴司
  • 総ページ数: 13
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 熱刺激電流を用いた材料・デバイス開発の最前線 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岩本光正, 工藤一浩, 中村雅一, 松島敏則, 秦川江, 安達千波矢, 大橋昇, 吉田郵司, 山田俊樹, 大友明, 田口大, 佐藤一石, 串田一雅, 栗山一男, 西田貴司, 田中優実, 佐々木匠, 平山泰生, 吉田福蔵, 与名本欣樹, 秋永広幸, 角谷透, 野田周一, 島久
  • 総ページ数: 246
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 「普及版 圧電材料の基礎と最新応用」 第3章 薄膜材料 (2015)
  • 著者名/発表者名: 塩嵜忠、武田博明、木村雅彦、西田 貴司、竹内真一、田實佳郎、柿本健一、小林健、神野伊策、玉井誠一、鎌田弘志、宮入啓、小田切努、江鐘偉、栗原和明、近藤正男、北原強、山下洋八、細野靖晴、逸見和弘、中川亮、松尾泰秀、前野隆司、竹中正
  • 総ページ数: 246
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考] 研究紹介
  • URL: http://e-m.skr.jp/sub/studyintroj.htm
• [備考] 西田貴司教授
  • URL: http://e-m.skr.jp/
• [備考] 福岡大学研究者情報 ( 工学部 電気工学科 教授 西田 貴司 )
  • URL: http://resweb2.jhk.adm.fukuoka-u.ac.jp/FukuokaUnivHtml/info/5888/R107J.html