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応力誘起変態制御による新奇蛍石型強誘電体薄膜の単相化とドメイン形成のダイナミクス

研究課題

研究課題/領域番号 16K14378
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 無機材料・物性
研究機関東北大学

研究代表者

木口 賢紀  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (70311660)

研究分担者 白石 貴久  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (50758399)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
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: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード蛍石型強誘電体 / ハフニア / ジルコニア / 直方晶相 / 極性構造 / 相安定性 / 応力誘起変態 / ドメイン構造 / 直方晶 / ドメイン / 単斜晶 / 固溶体 / 弾性的拘束 / 弾性場 / 準安定相 / 強誘電性 / 固相エピタキシー
研究成果の概要

非鉛かつ非ペロブスカイト型構造の新奇強誘電体材料として注目されているHf0.5Zr0.5O2 (HZO) は、薄膜状態において広いHf/Zr組成域で空間群Pca21の直方晶の準安定相を形成しうるが、配向制御した試料を使った結晶構造や微細組織の研究が立ち遅れている。本研究では、基板による弾性的拘束に起因する自己弾性場を利用した固相エピタキシーにより、HZO薄膜のエピタキシャル成長に初めて成功し、薄膜中のナノ組織、直方晶相や共存する単斜晶相のドメイン構造を明らかにするとともに、固溶効果と弾性的拘束効果の二つの効果が直方晶相の相安定性向上に不可欠であることを見出した。

報告書

(3件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (34件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Effect of the film thickness on the crystal structure and ferroelectric properties of (Hf 0.5 Zr 0.5 )O 2 thin films deposited on various substrates2017

    • 著者名/発表者名
      Shiraishi Takahisa、Katayama Kiliha、Yokouchi Tatsuhiko、Shimizu Takao、Oikawa Takahiro、Sakata Osami、Uchida Hiroshi、Imai Yasuhiko、Kiguchi Takanori、Konno Toyohiko J.、Funakubo Hiroshi
    • 雑誌名

      Materials Science in Semiconductor Processing

      巻: 70 ページ: 239-245

    • DOI

      10.1016/j.mssp.2016.12.008

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solid state epitaxy of (Hf,Zr)O<sub>2</sub> thin films with orthorhombic phase2016

    • 著者名/発表者名
      Kiguchi, Takanori Nakamura, Shogo Akama, Akihiro Shiraishi, Takahisa Konno, Toyohiko J.
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 124 号: 6 ページ: 689-693

    • DOI

      10.2109/jcersj2.16073

    • NAID

      130005155642

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Impact of mechanical stress on ferroelectricity in (Hf0.5Zr0.5)O2 thin films2016

    • 著者名/発表者名
      T. Shiraishi, K. Katayama, T. Yokouchi, T. Shimizu, T. Oikawa, O. Sakata, H. Uchida, Y. Imai, T. Kiguchi, T.J. Konno, and H. Funakubo
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 108 号: 26

    • DOI

      10.1063/1.4954942

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The demonstration of significant ferroelectricity in epitaxial Y-doped HfO2 film2016

    • 著者名/発表者名
      T. Shimizu, K. Katayama, T. Kiguchi, A. Akama, T.J Konno, O. Sakata, and H. Funakubo
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 6 号: 1

    • DOI

      10.1038/srep32931

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] &alpha;-Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>添加HfO<sub>2</sub>極薄膜の組織観察2016

    • 著者名/発表者名
      白石 貴久, 木口 賢紀, 今野 豊彦
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 55 号: 12 ページ: 599-599

    • DOI

      10.2320/materia.55.599

    • NAID

      130005170149

    • ISSN
      1340-2625, 1884-5843
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ZrO2 薄膜の結晶構造に対するドーパント効果2018

    • 著者名/発表者名
      Sujin Choi、白石 貴久、木口 賢紀、今野 豊彦、清水 荘雄、 舟窪 浩
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2018年年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] エピタキシャル成長した HfO2 基強誘電体膜における結晶構造の膜厚依存性2018

    • 著者名/発表者名
      三村 和仙、清水 荘雄、木口 賢紀、赤間 章裕、今野 豊彦、勝矢 良雄、坂田 修身、 舟窪 浩
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2018年年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] エピタキシャルCeO2-ZrO2薄膜の作製とその結晶構造評価2018

    • 著者名/発表者名
      白石 貴久、Sujin Choi、清水 荘雄、木口 賢紀、舟窪 浩、今野 豊彦
    • 学会等名
      第65回 応用物理学会 春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Domain switching in epitaxial ferroelectric HfO2 films2018

    • 著者名/発表者名
      Takao Shimizu, Takanori Mimura, Takanori Kiguchi, Takahisa Shiraishi, Akihiro Akama, Toyohiko J Konno, Osami Sakata, Hiroshi Funakubo
    • 学会等名
      The American Ceramic Society 2018 Conference on Electronic and Advanced Materials (EAM 2018)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] エピタキシャルFe:HfO2薄膜の作製と特性評価2017

    • 著者名/発表者名
      白石貴久, Choi Sujin, 清水荘雄, 舟窪浩, 木口賢紀, 今野豊彦
    • 学会等名
      第64 回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜 (神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] エピタキシャルHfO2基膜における強誘電相の安定性 -RE2O3-HfO2 vs ZrO2-HfO2-2017

    • 著者名/発表者名
      三村和仙, 片山きりは, 清水荘雄, 木口賢紀, 赤間章裕, 今野豊彦, 坂田修身, 舟窪浩
    • 学会等名
      第64 回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜 (神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] ZrO2薄膜による結晶構造へのドーパント効果2017

    • 著者名/発表者名
      Choi Sujin,白石貴久,木口賢紀,今野豊彦
    • 学会等名
      第134回東北大学金属材料研究所講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 強誘電体HfO2基薄膜のドメイン構造とその熱的安定性2017

    • 著者名/発表者名
      白石貴久,Sujin Choi,木口賢紀、今野豊彦
    • 学会等名
      第133回東北大学金属材料研究所講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ZrO2超薄膜の結晶構造に対するα-Fe2O3ドーパントの効果2017

    • 著者名/発表者名
      Sujin Choi,白石貴久,木口賢紀、今野豊彦
    • 学会等名
      第133回東北大学金属材料研究所講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] HfO2基材料における強誘電相発現要因の検討2017

    • 著者名/発表者名
      清水 荘雄、三村 和仙、木口 賢紀、赤間 章裕、今野 豊彦、坂田 修身、舟窪 浩
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 固相エピタキシー法による強誘電体HfO2 基薄膜の作製2017

    • 著者名/発表者名
      白石 貴久、Choi Sujin、清水 荘雄、舟窪 浩、木口 賢紀、今野 豊彦
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] HfO2-ZrO2エピタキシャル薄膜における斜方晶相の安定性2017

    • 著者名/発表者名
      木口 賢紀、白石 貴久、Choi Sujin、舟窪 浩、今野 豊彦
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ドーパント添加ZrO2エピタキシャル薄膜の結晶構造と電気特性調査2017

    • 著者名/発表者名
      Choi Sujin、白石 貴久、木口 賢紀、清水 荘雄、舟窪 浩、今野 豊彦
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Y2O3-HfO2強誘電体の温度安定性2017

    • 著者名/発表者名
      三村 和仙、清水 荘雄、木口 賢紀、赤間 章裕、今野 豊彦、勝矢 良雄、坂田 修身、舟窪 浩
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Phase stability and Property design in HfO2-based ferroelectric thin film2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Funakubo, Takao Shimizu, Kiliha Katayama, Takanori Mimura, Takanori Kiguchi, Takahisa Shiraishi, Akihiro Akama, Toyohiko J. Konno, and Osami Sakata
    • 学会等名
      8th International Conference on Electroceramics(ICE2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ZrO2 超薄膜の結晶構造に対するドーパント効果2017

    • 著者名/発表者名
      チェ スジン,白石 貴久,木口 賢紀,今野 豊彦
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第73回学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 強誘電体HfO2 基超薄膜のドメイン構造評価2017

    • 著者名/発表者名
      白石 貴久,チェ スジン,木口 賢紀,今野 豊彦
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第73回学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Stability of ferroelectric phase in epitaxial HfO2-based films2017

    • 著者名/発表者名
      Takanori Mimura, Kiriha Katayama, Takao Shimizu, Takanori Kiguchi, Akihiro Akama, Toyohiko J. Konno, Osami Sakata, Hiroshi Funakubo
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics (ISAF) International Workshop on Acoustic Transduction Materials and Devices (IWATMD) Piezoresponse Force Microscopy Workshop (PFM)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] エピタキシャルFe添加HfO2超薄膜の作製とその結晶構造評価2016

    • 著者名/発表者名
      白石貴久, Sujin Choi, 木口賢紀, 今野豊彦
    • 学会等名
      東北大学金属材料研究所第132回所内講演会
    • 発表場所
      東北大学 片平キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-11-24
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Fe 添加ZrO2超薄膜の結晶構造評価2016

    • 著者名/発表者名
      Choi Sujin, 白石貴久, 木口賢紀, 今野豊彦
    • 学会等名
      東北大学金属材料研究所第132回所内講演会
    • 発表場所
      東北大学 片平キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-11-24
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 電子顕微鏡によるエピタキシャル構造の解析2016

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀
    • 学会等名
      平成28年度プロセス研究会 第2回講演会(静岡大学 電子工学研究所 共同研究プロジェクト)
    • 発表場所
      静岡大学 浜松キャンパス (静岡県浜松市)
    • 年月日
      2016-10-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 斜方晶ハフニア基エピタキシャル薄膜の相安定性と組織形成2016

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀
    • 学会等名
      東北大学金属材料研究所附属量子エネルギー材料科学国際研究センター 平成28年度 大洗研究会
    • 発表場所
      東北大学 片平キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-09-29
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 電界印加によるYO1.5-HfO2基薄膜の結晶構造変化2016

    • 著者名/発表者名
      清水荘雄、三村和仙、片山きりは、木口賢紀、赤間章裕、今野豊彦、坂田修身、舟窪浩
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ (新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] HfO2基強誘電体の結晶構造と特性の熱処理温度依存性2016

    • 著者名/発表者名
      三村和仙, 清水荘雄, 内田寛, 木口賢紀, 赤間章裕, 今野豊彦, 坂田修身, 舟窪浩
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ (新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 固相エピタキシャル成長法によるFe 添加HfO2超薄膜の作製と結晶構造評価2016

    • 著者名/発表者名
      白石貴久, Sujin, 清水荘雄, 清水荘雄, 舟窪浩, 木口賢紀, 今野豊彦
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第29回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      広島大学 東広島キャンパス(広島県東広島市)
    • 年月日
      2016-09-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Fe 添加されたZrO2超薄膜の結晶構造調査2016

    • 著者名/発表者名
      Sujin Choi, 白石貴久, 清水荘雄, 舟窪浩, 木口賢紀, 今野豊彦
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第29回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      広島大学 東広島キャンパス(広島県東広島市)
    • 年月日
      2016-09-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] エピタキシャルおよび配向性Y ドープHfO2薄膜の強誘電性2016

    • 著者名/発表者名
      清水荘雄, 片山きりは, 三村和仙, 木口賢紀, 白石貴久, 赤間章裕, 今野豊彦, 坂田修身, 舟窪浩
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第29回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      広島大学 東広島キャンパス(広島県東広島市)
    • 年月日
      2016-09-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] エピタキシャル蛍石型酸化物超薄膜の作製と結晶構造評価2016

    • 著者名/発表者名
      白石貴久, Sujin Choi, 木口賢紀, 今野豊彦
    • 学会等名
      誘電体・磁性体 若手 夏の学校
    • 発表場所
      ルーセントタカミヤ(山形県山形市)
    • 年月日
      2016-08-26
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Preparation of fluorite-structured ferroelectric thin films and their characterization2016

    • 著者名/発表者名
      Takao Shimizu, Kiliha Katayama, Takanori Kiguchi, Akihiro Akama, Toyohiko J. Konno, Osami Sakata, and Hiroshi Funakubo
    • 学会等名
      13th Russia/CIS/Baltic/ Japan Symposium on Ferroelectricity (RCBJSF) and International Workshop on Relaxor Ferroelectrics 2016 (IWRF).
    • 発表場所
      Shimane Prefectural Convention Center "Kunibiki Messe" (島根県島根市)
    • 年月日
      2016-06-19
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Growth of orientation-controlled ferroelectric HfO2 thin films by solid phase crystalization and their characterization2016

    • 著者名/発表者名
      Takanori MIMURA, Kiriha KATAYAMA, Takao SHIMIZU, Hiroshi UCHIDA, Takanori KIGUCHI , Akihiro AKAMA , Toyohiko J. KONNO , Osami SAKATA , and Hiroshi FUNAKUBO
    • 学会等名
      13th Russia/CIS/Baltic/ Japan Symposium on Ferroelectricity (RCBJSF) and International Workshop on Relaxor Ferroelectrics 2016 (IWRF).
    • 発表場所
      Shimane Prefectural Convention Center "Kunibiki Messe" (島根県島根市)
    • 年月日
      2016-06-19
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 強誘電性斜方晶ハフニア薄膜における微細構造のSTEM観察2016

    • 著者名/発表者名
      木口賢紀, 白石貴久, 清水荘雄, 舟窪浩, 今野豊彦
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会 第72回学術講演会 JSM 2016
    • 発表場所
      仙台国際センター (宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-06-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Crystal Structure Analysis for Fe-Doped ZrO2 Ultra Thin Films2016

    • 著者名/発表者名
      Sujin Choi, 白石貴久, 木口賢紀, 今野豊彦
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会 第72回学術講演会 JSM 2016
    • 発表場所
      仙台国際センター (宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-06-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Fe添加したHfO2超薄膜の結晶構造調査2016

    • 著者名/発表者名
      白石貴久, Sujin Choi, 木口賢紀, 今野豊彦
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会 第72回学術講演会 JSM 2016
    • 発表場所
      仙台国際センター (宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-06-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Fabrication and Structure Analysis of Orthorhombic Hafnium Oxide Thin films2016

    • 著者名/発表者名
      T. Kiguchi, T. Shiraishi, A. Akama, T. Shimizu, H. Funakubo, T.J. Konno
    • 学会等名
      Summit of Materials Science 2016 (SMS2016)
    • 発表場所
      東北大学 片平キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-05-18
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [備考] 常誘電体結晶の超薄膜化による準安定相制御と強誘電相の発現

    • URL

      http://konno-lab.imr.tohoku.ac.jp/research%20theme.html

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2016-04-21   更新日: 2019-03-29  

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