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ドメイン・相共存を利用した蛍石型強誘電体の機能創発

研究課題

研究課題/領域番号 17K14807
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 無機材料・物性
研究機関東京工業大学

研究代表者

清水 荘雄  東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (60707587)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2017年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワードハフニウム酸化物 / 強誘電性 / 圧電性 / 薄膜成長 / HfO2 / エピタキシャル薄膜 / その場観察 / ドメインスイッチング / 強誘電体 / ドメイン構造 / 相共存
研究成果の概要

新規蛍石型構造強誘電体であるHfO2基材料を主とした対象として、新規機能性開発を行った。結果として、HfO2基強誘電体において自発分極の方向が電場によって回転する、電場誘起ドメインスイッチングの確認や、これまで100nm以下の薄膜における特性と思われていた強誘電性を1マイクロメートル程度の膜でも確認するなどの新規な特性を確認することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、微小電気機械システムを主眼とした圧電体応用を目指し、HfO2基薄膜強誘電体の厚膜化とドメインスイッチングの観測を行った。結果として、これまで極薄膜特有の特性であると思われていたHfO2基薄膜の強誘電性が、マイクロメートルスケールまで特性発現することを明らかにした。これはこの薄膜がMEMS用途にも十分応用可能であることを示している。また、HfO2基薄膜のドメインスイッチングは、圧電性向上の可能性を示すとともに、この物質の強誘電性が結晶由来のものであるということを示す強固な証拠となった点で学術的にも大きな意味を持つ結果である。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Effects of heat treatment and in-situ high temperature XRD study on the formation of ferroelectric epitaxial Y doped HfO2 film2019

    • 著者名/発表者名
      Takanori Mimura, Takao Shimizu, Takanori Kiguchi, Akihiro Akama, Toyohiko J. Konno, Yoshio Katsuya, Osami Sakata, and Hiroshi Funakubo
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 58 号: SB ページ: SBBB09-SBBB09

    • DOI

      10.7567/1347-4065/aafed1

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stability of the orthorhombic phase in (111)-oriented YO<sub>1.5</sub>-substituted HfO<sub>2</sub> films2018

    • 著者名/発表者名
      Takao Shimizu, Kiliha Katayama, Hiroshi Funakubo
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 126 号: 5 ページ: 269-275

    • DOI

      10.2109/jcersj2.17247

    • NAID

      130006730897

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • 年月日
      2018-05-01
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Epitaxial ferroelectric Y-doped HfO2 film grown by the RF magnetron sputtering2018

    • 著者名/発表者名
      Taisei Suzuki, Takao Shimizu, Takanori Mimura, Hiroshi Uchida, and Hiroshi Funakubo
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 57 号: 11S ページ: 11UF15-11UF15

    • DOI

      10.7567/jjap.57.11uf15

    • NAID

      210000149824

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ferroelectricity mediated by ferroelastic domain switching in HfO2-based epitaxial thin films2018

    • 著者名/発表者名
      Takao Shimizu, Takanori Mimura, Takanori Kiguchi, Takahisa Shiraishi, Toyohiko Konno, Yoshio Katsuya, Osami Sakata, and Hiroshi Funakubo
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 113 号: 21 ページ: 212901-212901

    • DOI

      10.1063/1.5055258

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamic observation of ferroelectric domain switching using scanning nonlinear dielectric microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshiomi Hiranaga, Takanori Mimura, Takao Shimizu, Hiroshi Funakubo, Yasuo Cho
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 号: 10S ページ: 10PF16-10PF16

    • DOI

      10.7567/jjap.56.10pf16

    • NAID

      210000148393

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Domain switching in epitaxial ferroelectric HfO2 films2018

    • 著者名/発表者名
      T. Shimizu, T. Mimura, T. Kiguchi, T. Shiraishi, A. Akama, T. J. Konno, O. Sakata, K. Yoshio, H. Funakubo
    • 学会等名
      2018 Conference on Electronic and Advanced Materials
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] HfO2基材料薄膜における強誘電性に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      清水荘雄
    • 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 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [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 実施状況報告書
  • [学会発表] HfO2基強誘電体のドメイン構造と電場誘起スイッチング”、第37回エレクトロセラミックス研究討論会2017

    • 著者名/発表者名
      清水荘雄、三村和仙、木口賢紀、白石貴久、赤間章裕、今野豊彦、坂田修身、勝矢良雄、舟窪浩
    • 学会等名
      第37回エレクトロセラミックス研究討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2020-03-30  

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