大強度イオンビームアブレーション法による強誘電体薄膜の生成と成膜プロセスの解明

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455139
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 八井 浄 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (80029454)
• 研究分担者: 今田 剛 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (60262466) ; 江 偉華 長岡技術科学大学, 工学部, 講師 (90234682) ; 升方 勝巳 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (80157198)
• キーワード: パルスイオンビーム蒸着法 / 強誘電体 / 薄膜生成 / イオンビームアブレーション / プラズマプロセス

研究概要

1988年に、我々が世界で初めて提案した大強度パルスイオンビーム蒸着(IBE)法を更に改良した背面堆積(BS/IBE)法を用いて、ペロブスカイト型結晶構造を持つ誘電体材料であるチタン酸バリウムストロンチウム(Ba_x,Sr_<1-x>)TiO_3(以下、BSTと省略)の薄膜生成実験と特性評価を行い、下記の成果を得た。
1)背面堆積(BS/IBE)法により、真空中で、基板加熱無しに、BSTの多結晶薄膜の作製に、世界で初めて成功した。
成膜速度は、〜20nm/ショットで、通常の前面堆積IBE法(FS/IBE)法に比べれば一桁小さいが、他の手法(例えば、rfスパッタリング法、パルスレーザー堆積法等)と比較すると、約4桁以上も速い。
3)薄膜表面は、極めて平滑である(Ra(平均粗さ)〜2.5nm)。
4)BST薄膜の組成比は、ターゲットのそれに一致する(組成のズレが無い)。
5)薄膜の比誘電率はBa組成比(x),及び周波数で変化し、x=0.5〜0.7で最大値を持つ。
6)Baの組成比(x)を変えると、x=0の常誘電体チタン酸ストロンチウムSrTiO_3(STO)からBSTを経て、x=1の強誘電体チタン酸バリウムBaTiO_3(BTO)の薄膜まで、比較的簡単に、選択的に成膜出来る。
7)基板加熱や熱処理等を行わずに得られたBST薄膜は、x=0〜1の範囲で、立方晶ペロブスカイト型結晶構造であり、常誘電体である。

研究成果

• [文献書誌] 曾根川富博, 八井 浄 他: "背面堆積パルスイオンビーム蒸着法によるBaTiO_3薄膜の生成と特性評価" 電気学会論文誌. A117・4. 398-404 (1997)
• [文献書誌] K.Yatsui, et al.: "Intense,Pulsed,Charaged Particle Beams and Associated Applications to Materials Science" “Recent Progress in Accelerator Beam Application" Proc.7^<th> Int'l Symp. on Advanced Nucl. Energy Res.486-491 (1997)
• [文献書誌] D.J.Rej, K.Yatsui, et al: "Materials Processing with Intense Pulsed Ion Beams" J.Vac.Sci.Technol. A15・3. 1089-1097 (1997)
• [文献書誌] K.Yatsui, et al.: "Preparation of Thin Films and Nanosize Powders by Intense,Pulsed Ion Beam Evaporation" Jpn.J.Appl.Phys.36・7. 4928-4934 (1997)
• [文献書誌] 八井 浄: "大強度パルスイオンビーム蒸着法による薄膜および超微粒子の作製" 第7回放射線プロセスシンポジウム講演要旨集. 109-110 (1997)
• [文献書誌] Y.Nakagawa, K.Yatsui, et al.: "Synthesis of TiO_2 and TiN Nanosize Powders by Intense Light Ion-Beam Evaportion" J.Mater.Sci.33. 529-533 (1998)
• [文献書誌] K.Yatsui, et al.: "Preparation of Thin Films of Dielectric Materials using High-Density Ablation Plasma produced by Intense Pulsed Ion Beam" Materials Chem. and Phys.(in press). (1998)
• [文献書誌] 八井 浄、江 偉華: "パルスパワー技術を用いた薄膜と超微粒子の作製" 応用物理. 67・6(掲載予定). (1998)
• [文献書誌] W.Jiang, K.Yatsui, et al.: "Characteristics of Ablation Plasma produced by Pulsed Light Ion Beam Interaction with Targets and Application to Materials Science" Nucl.Instrum.and Methods in Phys.Res. A(in press). (1998)