強誘電体/半導体ハイブリッド格子界面の作成と評価

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08455295
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 鶴見 敬章 東京工業大学, 工学部, 助教授 (70188647)
• 研究分担者: 神谷 利夫 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (80233956) ; 大橋 直樹 東京工業大学, 工学部, 助手 (60251617)
• キーワード: 原子層エピタキシ- / 強誘電体 / 人工変調構造 / チタン酸バリウム / チタン酸ストロンチウム / 酸化亜鉛 / タンタル酸リチウム

研究概要

本研究は、酸化物/半導体界面の構造、物性制御と理想的界面を形成することを目的としている。平成9年度の検討項目と研究の結果得られた成果を以下にまとめる。
水素終端化処理したシリコン基板上に、チタン酸ストロンチウム(STO)結晶を成長することを目的として、まずストロンチウム金属を原子層エピタキシ-法で蒸着し、エピタキシャル成長に成功した。しかし、チタンの蒸着により結晶性が著しく低下することが判明した。そこで基板を半導性のSTOとして以下の研究を行った。まず、分子線エピタキシ-技術を大幅に改良し、従来よりも約百倍精度の向上した完全自動化成膜システムを構築した。これを用いて、チタン酸バリウム(BTO)-チタン酸ストロンチウム(STO)の人工超格子および化学組成が連続的に変化する人工変調構造を作製した。その結果、半導体/誘電体で完全に格子が整合した理想的界面が得られ、誘電体層の物性を精度良く評価することが可能となった。BTO-STO人工変調構造は、両者が単に混合した固溶体とは異なる物性を示し、特に強誘電性ヒステリシス曲線の形が大きく異なることを明らかにした。
酸化亜鉛薄膜上への強誘電体薄膜の作製と物性評価に関しては、サファイア基板上に半導体の酸化亜鉛を蒸着し、さらにその上に強誘電体であるタンタル酸リチウムを蒸着してMFS構造を作製した。この薄膜について、本年度は分光エリプソメトリーにより光学物性の評価を行った。透明酸化物のヘテロ薄膜のエリプソメトリーに関しては従来までいくつかの問題があったが、本研究ではそれらをほぼ全て解決し、精度良く光学定数を決めることができた。得られた値はバルク単結晶と非常に良く一致した。

研究成果

• [文献書誌] Shuuichi Nishizawa et al: "Structural Changes in ZnO/NiO Artificial Superlattice Made by Ion Beam Sputtering" Thin Solid Films. 302. 133-139 (1997)
• [文献書誌] Takaaki Tsurumi et al: "Fabrication of BaTiO_3/SrTiO_3 Artificial Superlattice and Its Dielectric Properties" Proc.10th IEEE.Int.Symp.Appl.Ferroelectrics. 499-502 (1997)
• [文献書誌] Yuefei MA et al: "Spectroscopic Ellipsometry of NiO/ZnO Artificial Superlattice" J.Am.Ceram.Soc.印刷中.
• [文献書誌] Y.Ishibashi et al: "Low-erergy positive oxygem ion assisted deposition of barium titanate thin films at low temperatures" J.Koren.Phys.Soc.印刷中.
• [文献書誌] Y.Ishibashi et al: "Low-temperature growth of epitaxial barium titanate thin films by irradiation of low-energy positive oxygen ions" Frontiers of Materials and Science and Engineering. 印刷中.
• [文献書誌] Y.Ishibashi: "Epitaxial growth of barium titanate thin films at low temperatures by low-energy positive oxygen ion assisting" Solid State Ionics. 印刷中.