| 研究課題/領域番号 |
20H02445
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
浅沼 周太郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30409635)
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| 研究分担者 |
武貞 正樹 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (30311434)
森田 行則 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (60358190)
太田 裕之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (70356640)
右田 真司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 総括研究主幹 (00358079)
齊藤 雄太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (50738052)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2022年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2021年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2020年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
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| キーワード | 強誘電体 / HfO2 / リラクサー / 薄膜 / 第二高調波 / バンドエンジニアリング / ドメインエンジニアリング / 光学特性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
HfO2系強誘電体の抗電界は、ペロブスカイト型強誘電体に比べると一桁以上大きくて強固である。この抗電界を低減する技術はまだ確立されていない。本研究では、分極ゆらぎを材料内部に作り出すことで分極反転のエネルギー障壁を下げ、抗電界の低減やリラクサー的挙動の創成を目指す。その手段として金属元素ドーピングによるバンドエンジニアリングや非平衡成長によるドメインエンジニアリングを試み、誘電特性への作用を電気特性ならびに光学特性の測定で検証する。これらの誘電特性制御技術が確立すれば、低電圧動作メモリや大容量キャパシタといった次世代エレクトロニクス用材料の飛躍的な性能向上に貢献する。
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| 研究成果の概要 |
HfO2系強誘電体は有望な強誘電体材料であるが、抗電界等に課題がるためまだ実用化に至っていない。そこでHfO2系強誘電体に電荷揺らぎやドメイン制御を導入することで特性の改善を試みる研究を行った。全体の電荷平衡を保ったままHf4+を3価Y3+及び5価のNb5+で置換し局所的な電荷不均一を導入したYxNbxHf1-2xO2薄膜を作製したところEndurance特性が劣化しない薄膜の成膜に成功した。また、ナノラミネート膜を使用することで結晶化温度の低減に成功し、電界印加による酸素欠陥形成に関する物証の一つを発見した。また、HfO2系強誘電体の自発分極の温度依存性を光学的に観察することに成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
HfO2系強誘電体は10nm以下の膜厚でも強誘電性を示すことからFeFET等の材料として期待されており、AI等に用いるインメモリーコンピューティング等への応用を目指して研究が進められている。しかし、ペロブスカイト型強誘電体と比較してEndurance特性及び抗電界の面で課題があるためまだ実用化に至っていない。本課題の研究成果は、リラクサー的挙動を示すHfO2系強誘電体の発見と言う点で学術的意義が大きいだけでなく、Endurance特性及び抗電界特性の改善、延いてはHfO2系強誘電体を用いたFeFET等の実用化に貢献するものであり、社会的意義も大きい。
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