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水熱合成法による単結晶PZTの合成とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 16760241
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関東京大学 (2005)
東北大学 (2004)

研究代表者

森田 剛  東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (60344735)

研究期間 (年度) 2004 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
2005年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
2004年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
キーワード水熱合生法 / 強誘電体薄膜 / エピタキシャル薄膜 / チタン酸ジルコン酸鉛 / チタン酸鉛 / アクチュエータ / 圧電効果 / 水熱合成法 / エピタキシャル
研究概要

圧電材料は、電気機械エネルギー変換を行う機能性材料であり、薄膜化によるマイクロアクチュエータやセンサ、超音波トランスデューサの研究が進められている。薄膜プロセスには多種多様なものがあるが、その中でも水熱合成法は150℃という極めて低い温度で圧電薄膜を合成できる。今までに、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)やチタン酸鉛(PTO)の超高品質なエピタキシャル圧電薄膜を合成し優れた強誘電性を実証してきた。本研究の目的は、これらの薄膜の圧電特性を評価し、圧電アクチュエータ・センサへ応用する礎を築くことにある。
本年は、昨年までに明らかにした大面積均一成膜と厚膜化プロセスを取り入れ、430nmのPTOエピタキシャル薄膜を合成した。PTO薄膜は機械的減衰が小さく超音波トランスデューサに適していると期待される。この薄膜の圧電特性を原子間力顕微鏡のZVモードで評価したところ、極めて優れた線形性を有した圧電バタフライ曲線を示した。また、圧電定数は97pC/Nと理論予想値を大きく上回る優れた結果となった。しかし、強誘電特性は100nm厚の約60%にあたる60μC/cm^2に留まり、インプリント電界も上昇した。これは、非線形誘電率顕微鏡の観測から明らかになったように、ドメイン構造が100nm厚の薄膜が完全c軸配向であったのに対してaドメインを若干有していることが原因である。また、基板として用いたSrRuO_3/SrTiO_3単結晶基板との界面層の影響も考慮しなくてはならない。圧電バタフライ曲線の測定に加えて、水熱合成法により成膜したPZTエピタキシャル薄膜のGHz帯での超音波特性を評価した。この結果、PZTにより超音波を発生させることに成功し、基板裏面からの超音波反射を4次エコーまで観測することができた。

報告書

(2件)
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2006 2005 2004

すべて 雑誌論文 (8件)

  • [雑誌論文] Piezoelectric property of an epitaxial lead titanate thin film deposited by the hydrothermal method2006

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Morita, Yasuo Cho
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 88

      ページ: 112908-112908

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Piezoelectric performance and domain structure of the epitaxial PbTiO_3 thin film deposited by the hydrothermal method2006

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Morita, Yasuo Cho
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics (印刷中)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Hydrothermally deposited PbTiO_3 epitaxial thin film2005

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Morita, Yasuo Cho
    • 雑誌名

      Journal of the Korean Physical Society 46・1

      ページ: 10-14

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] A hydrothermally deposited epitaxial PbTiO_3 thin film on SrRuO_3 bottom electrode for the ferroelectric ultra-high density storage2004

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Morita, Yasuo Cho
    • 雑誌名

      Integrated Ferroelectrics 64

      ページ: 247-257

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Epitaxial PbTiO_3 thin films on SrTiO_3(100) and SrRuO_3/SrTiO_3(100) substrates deposited by a hydrothermal method2004

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Morita, Yasuo Cho
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics 43・9B

      ページ: 6535-6538

    • NAID

      10013611731

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] A hydrothermally deposited epitaxial lead titanate thin film on strontium ruthenium oxide bottom electrode2004

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Morita, Yasuo Cho
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 85・12

      ページ: 2331-2333

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Ferroelectric property of an epitaxial lead zirconate titanate thin film deposited by a hydrothermal method2004

    • 著者名/発表者名
      T.Morita, Y.Wagatsuma, Y.Cho, H.Morioka, H.Funakubo, N.Setter
    • 雑誌名

      Journal of Material Research 19・6

      ページ: 1862-1868

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Ferroelectric properties of an epitaxial lead zirconate titanate thin film deposited by a hydrothermal method below the Curie temperature2004

    • 著者名/発表者名
      T.Morita, Y.Wagatsuma, Y.Cho, H.Morioka, H.Funakubo, N.Setter
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 84・5

      ページ: 5094-5096

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2016-04-21  

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