オーロラPLD法による強誘電体/強磁性体積層薄膜の300℃以下結晶化とメモリ応用

• 研究課題/領域番号: 16686040
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 静岡大学 (2006); 東京工業大学 (2004-2005)
• 研究代表者: 脇谷 尚樹 静岡大学, 工学部, 助教授 (40251623)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 25,220千円 (直接経費: 19,400千円、間接経費: 5,820千円); 2006年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2005年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2004年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円)
• キーワード: ダイナミックオーロラPLD / 電磁石 / 亜鉛フェライト / 強磁性発現 / 低温結晶化 / メモリ / ダイナミックオーロラ PLD / PZT / N_2O / オーロラPLD / NiO / ニッケル亜鉛フェライト / エピタキシャル

研究概要

平成18年度は17年度に完成させたダイナミックオーロラPLD法で強磁性体薄膜の低温結晶化を行うとともに、成膜中の磁場印加が磁性体薄膜の磁気特性に及ぼす影響を明らかにした。磁性体としては亜鉛フェライト(ZnFe_2O_4)を選択した。亜鉛フェライトは反強磁性体で強磁性を示さない。しかしながら、ダイナミックオーロラPLD法で成膜時に磁場の印加を行うと強磁性が発現することを見出した。このとき発現する飽和磁化の大きさは印加する磁場の増加に伴い増加した。2000Gの磁場印加により、室温において57emu/gという高い値を示した。フェライトは正四面体間隙であるAサイトと正八面体間隙であるBサイトから構成されているが、通常亜鉛フェライトではZn2+イオンがAサイトを、Fe3+イオンがBサイトを占有しているために反強磁性となるが、ダイナミックオーロラPLD法で磁場中で作製した薄膜ではZn2+とFe3+イオンがAとBサイトを統計的に占有している可能性があることがSQUIDによる2Kにおける磁化の測定結果より明らかになった。すなわち、成膜時の磁場印加はサイトの占有状態の変化を引き起こす可能性があることが明らかになった。この効果は500℃で最大となったが、300℃以下でも強く出現した。また、強誘電体であるPZTについてはPLD法とMOCVD法を組み合わせることにより290℃というこれまで報告がない低温で結晶化するとともに高い強磁性を示す薄膜を得ることができた。すなわち、本研究に於いて、強誘電体と強磁性体の両方について300℃以下での結晶化に成功した。また、磁性体薄膜をMOSFETのゲート上に形成し、磁性体の残留磁化によるドレイン電流の変化を定量的に明らかにし、多値記録メモリ実現のための道筋を得た。

研究成果

• [雑誌論文] The effect of SrTiO_3 seed and application of in-situ magnetic field on the preparation of Pb(Zr,Ti)O_3 thin film by pulsed laser deposition. (2007)
  • 著者名/発表者名: N.Wakiya, T.Nagamune, J.W.Moon, T.Kiguchi, N.Mizutani, H.Suzuki, K.Shinozaki
  • 雑誌名: Trans. Mater. Res. Soc. Jpn. (印刷中)
• [雑誌論文] Preparation of ferromagnetic zinc-ferrite thin film by pulsed laser deposition in the magnetic field (2007)
  • 著者名/発表者名: N.Wakiya, K.Muraoka, T.Kadowaki, T.Kiguchi, N.Mizutani, H.Suzuki, K.Shinozaki
  • 雑誌名: J. Mag. Mag. Mater. 310 ページ: 2546-2548
• [雑誌論文] Effect of source supply methods on low-temperature preparation of lead zirconate titanate thin film using SrTiO_3 seed layers by metallorganic chemical vapor deposition (2006)
  • 著者名/発表者名: J.W.Moon, S.Tazawa, N.Wakiya, T.Kiguchi, Y.i Ishida, N.Mizutani, K.Shinozaki
  • 雑誌名: Solid State Phenomena 124-126 ページ: 153-156
• [雑誌論文] Impact of thin SrTiO_3 seed layer to achieve low temperature crystallization below 300℃ and ferroelectricity of lead zirconate titanate thin film (2006)
  • 著者名/発表者名: Ji-Won Moon, Shogo Tazawa, Kazuo Shinozaki, Naoki Wakiya, Nobuyasu Mizutani
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 89
• [雑誌論文] Modification of the Drain Current on a Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor with Ferrite Gate Oxide (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Wakiya, H.Wada, K.Shmimizu, M.Machi, N.Mizutani, K.Shinozaki
  • 雑誌名: J.Magn.Soc.Jpn. 30 ページ: 61-64
• [雑誌論文] Diffusion behavior at the interface of (Ba,Sr)TiO_3/ST)/electrode/buffer layer/Si epitaxial multi-layer thin film (2006)
  • 著者名/発表者名: Naoki Wakiya, Akinori Higuchi, Kazuo Shinozaki, Nobuyasu Mizutani et al.
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 301 ページ: 257-260
• [雑誌論文] Preparation and optical properties of epitaxial Pb(Mg_<1/3>Nb_<2/3>)O_3 thin film on Si substrate with buffer layer using pulsed laser deposition (2006)
  • 著者名/発表者名: Naru Nemoto, Naoki Wakiya, Kazuo Shinozaki, Nobuyasu Mizutani et al.
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 301 ページ: 265-268
• [雑誌論文] Stress Control and Ferroelectric Properties of Lead Zirconate Titanate (PZT) Thin Film on Si Substrate With Buffer Layers (2005)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Fujito, Naoki Wakiya, Nobuyasu Mizutani, Kazuo Shinozaki
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 44 ページ: 6900-6904
  • NAID: 130004534722
• [雑誌論文] Stress-induced magnetization for epitaxial spinel ferrite films through interface engineering (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Wakiya, K.Shinozaki, N.Mizutani
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 85 ページ: 1199-1201
• [雑誌論文] Modification of drain current on metal-oxide-semiconductor field-effect transistor by magnetic field induced by remanent magnetization (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Wakiya, K.Shimizu, S.Mizukami, K.Shinozaki, N.Mizutani
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 85 ページ: 3772-3774
• [雑誌論文] Proposal of general rule to prepare epitaxial ceramic thin films at low temperature from the point of crystal chemistry (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Wakiya, H.Ishigaki, K.Shinozaki, N.Mizutani
  • 雑誌名: Ceramics International 30 ページ: 1247-1251
• [雑誌論文] Effect of Substrate Size on Crystalline Orientation and Electrical Properties of (Bi, La)_4Ti_3O_<12> Thin Films (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Chiu, N.Wakiya, K.Shinozaki, N.Mizutani
  • 雑誌名: J.Ceram.Soc.Japan 112 ページ: 266-270
  • NAID: 110002288204
• [雑誌論文] Orientation Control and Domain Structure of Epitaxial (Ni, Zn)Fe_2O_4 Thin Film for Ferromagnetic Memory Applications (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Wakiya, K.Shinozaki, N.Mizutani
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 248 ページ: 169-172
• [雑誌論文] Effect of Remanent Magnetization of Ferromagnetic Thin Film on I-V Characteristics of MOS Transistor : I-V Characteristics by Epitaxial (Mn, Zn)Fe2O4 Thin Film on Gate Area (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Shimizu, S.Mizukami, N.Wakiya, K.Shinozaki, N.Mizutani
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 248 ページ: 165-168
• [図書] セラミックデータブック2004:電磁石オーロラPLD装置の試作によるセラミックス薄膜の低温合成 (2004)
  • 著者名/発表者名: 脇谷尚樹, 長宗豊和, 篠崎和夫, 水谷惟恭
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 工業製品技術協会(株式会社テクノプラザ)