光エネルギーを用いた酸化物強誘電体薄膜のCVD成長とその特性制御

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05650302
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 清水 勝 京都大学, 工学部, 助手 (30154305)
• キーワード: PZT薄膜 / 光MOCVD / オゾン / リーク特性 / 絶縁破壊電圧 / バッファ層 / 二段階成長 / トリエチルn-ペントキシ鉛

研究概要

当該年度は前年度に引き続き、Pb(Zr,Ti)O_3(PZT)薄膜の成長を行いその特性を調べたが、とりわけ酸素源としてO_3(オゾン)を用いた効果、PbTiO_3初期層を用いたPZT薄膜の二段階成長、及び鉛原料としてトリエチルn-ペントキシ鉛を用いた場合のPZT薄膜の成長について新たな知見を得た。
PZT薄膜の光MOCVD成長において、酸素源として従来のO_2に代えO_2+O_3(0-11wt%)、UV+O_2+O_3等O_3の添加効果及び紫外光照射効果の詳細を調べた。その結果、O_3添加や光照射はPZTの成長温度、成長速度、結晶性等にはそれほど大きな影響を及ぼさないが、電気的特性、とりわけリーク特性における絶縁破壊電圧に大きな影響を及ぼすことが見いだされた。O_2を用いて作製したものに比べO_3を添加して成長させたPZT膜の方が高い絶縁破壊電圧を示し、さらに光照射を併用するとより高い絶縁破壊電圧を示すようになる。これはO_3や光照射を併用することでPZT膜の緻密性が向上するためであろうと思われる。
PZT薄膜の成長においてZr組成が多い領域での菱面体晶系PZT薄膜を得るには、ZrO_2析出やパイロクロア相形成を防ぐためかなりの高温が必要とされたが、PbTiO_3層(20-100nm)をバッファ層としPZT膜を成長させる(二段階成長)と容易にかつ低温で菱面体晶系PZT薄膜が得られた。PbTiO_3は二次元成長していることを明らかにすると同時に、このPbTiO_3バッファ層の配向を変えることによりPZT薄膜の配向性及び電気特性を制御する事に成功した。
Pb原料として新たに開発されたトリエチルn-ペントキシ鉛を初めて用いPZT薄膜の成長を行った。従来のPb原料を用いた場合に比べ、電気的特性はそれほど大きな違いは無いが、成長温度が約40-60℃程度低いということが明らかになり、この新原料がPb系強誘電体薄膜のMOCVD原料として有望であることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Masaru Shimizu: "Growth and Characterization of Fevroelectric Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films by MOCVD Using a 6 Inch Single Water CVD system" Material Reseurch Society Symposium Proceedings. 310. 255-260 (1993)
• [文献書誌] Takuma Katayama: "Switching Kiretics of Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films Grown by chemical Vapor Deposition" Jpn.J.Appl.Phys.32. 3943-3949 (1993)
• [文献書誌] Masaru Shimizu: "Thin Film Growth of Pb(Zr,Ti)O_3 by Photoenhanced Metalorganic chemical Vapor Deposition Using NO_2" Jpn.J.Appl.Phys.32. 4074-4077 (1993)
• [文献書誌] Takuma Katayama: "Effects of Growth Kate on Electrical Properfies of Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films Grown by Chemical Vapor Deposition" Jpn.J.Appl.Phys.32. 5062-5066 (1993)
• [文献書誌] Tadashi Shiosaki: "Large Area Growth of Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films by MOCVD" to be published in Integruted Fervoelectvics. (1994)
• [文献書誌] Masaru Shimizu: "Photoenhanced MOCVD of PbZr_x Ti_<1-x>O_3 Thin Films" to be published in Appl.Surf.Sci.(1994)