Si素子上への強誘電体超格子のヘテロ成長による強誘電体極限材料の創成

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09224210
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 田畑 仁 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (00263319)
• 研究分担者: 川合 知二 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (20092546)
• キーワード: 強誘電体薄膜 / Siデバイス / 人工格子 / ペロブスカイト / レーザーMBE / メモリ素子 / 機能調和材料 / 脳型メモリ

研究概要

高度化された集積化知能システムを実現するためには、(1)小さく薄くても、大きな誘電・強誘電特性をもつ集積化知能システム極限材料の創成。および(2)Si素子上への高・強誘電体のヘテロ成長。の両技術が不可欠である。我々は、レーザーMBE法を用いて様々な人工格子を形成し物質創製の面から、極限集積化シリコン知能エレクトロニクスの実現を検討した。中でも、Biを含む他のペロブスカイト類縁化合物は、d軌道の電子数に対応して、誘電体(Ti,V酸化物)から磁性体(Mn,Fe,Co酸化物)、超伝導体(Cu酸化物)と広範な電気・磁気特性を示す。電磁気学の見地からは不可能ではない強磁性と強誘電性の共存が実現すれば、同一領域に双極子分極と、スピン分極という異なるメカニズムでの記録が可能な新しい情報記録媒体の創製が期待できる。
本年度は、(1)誘電特性発現の限界サイズの理論的/実験的考察、(2)強磁性と強誘電性が共存する極限材料薄膜化、(3)非酸化物系(カルコゲナイド系)強誘電体薄膜のSi基板上への成長、(4)強誘電体材料の脳型メモリへの適用化検討を実施した。さらに、極限知能を材料の立場から実現することを目指し、我々は脳型メモリを提案した。特に、脳の有する諸機能が強誘電体材料の様々な物性により代替できることを見い出した。このような研究の中で、(1)より誘電体の量子論的限界サイズ(膜厚)は15〜20Åであることが明らかになった。これはデバイス設計に指針を与えるものである。また(2)より電荷(+、-)と、スピン(N,S)による、4値の情報記録デバイスの可能性が示された。今後(4)の実現に注力し、ペロブスカイトエンジニアリングにより、今後の新しいメモリ材料の発展を実現したい。

研究成果

• [文献書誌] H.Tabata: "Dielectric Properties of Strained (Sr,Ca) TiO_3/(Ba,Sr) TiO_3 Artificial Lattices" Appl.Phys.Lett.70. 321-323 (1997)
• [文献書誌] H.Tabata: "Novel Electric Properties on Ferroelectric/Ferromaqnetic Heterostructures" IEICE TRANS ELECTRONICS. E80-C. 918-923 (1997)
• [文献書誌] H.Tabata: "励起光レーザ併用レーザアブレーション法による強誘電体PbTiO_3薄膜の低温形成" 電気学会論文誌 C分冊. 9月号. 1199-1205 (1997)
• [文献書誌] H.Tabata: "Di/Ferroelectric Properties of Bithmus Base Layered Ferroelectric Films for Application on Nonvolatile Memories" IEICE TRANSACTIONS. E81-C No.4. (1998)
• [文献書誌] S.Honstu: "Electrical Properties of Hydroxyapatite Thin Films Grown by Pulsed Laser Deposition" Thin Solid Films. 295. 214-217 (1997)
• [文献書誌] M.Hamada: "Microstructure and dielectric properties of epitaxiall BiWO_6 deposited by pulsed Laser ablation" Thin Solid Films. 306. 6-9 (1997)
• [文献書誌] M.Nakano: "Fabrication of Ba_<0.3>Sr_<0.7>TiO_3 Films on Atomically Flat SrTiO_3(100) Substrate by a Pulsed Laser Deposition and Their Dielectric Properties" Jpn.J.Appl.Phys.36. 3564-3568 (1997)
• [文献書誌] S.Honstu: "Ferroelectric Field Control in Pb(Zr_<0.52>Ti_<0.48>)O_3/(Y_<0.6>Pr_<0.4>)Ba_2Cu_3O_y Heterostructures and Their Memory" IEICE TRANS.ELECTRONICS. E80-C. 1304-1309 (1997)
• [文献書誌] S.Honstu: "Ferroelectric Field Effect in Metal/Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/(Y0.6Pr0.4)Ba2Cu3O7-y Structures" IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY. 7. 3536-3539 (1997)
• [文献書誌] H.Lee: "Structure and Photoelectric Properties of Copper-phthalocyanine/lead telluride Multilayer Thin Film Prepared by Laser Ablation and Thermal Evaporation" Jpn.J.Appl.Phys.36. 268-274 (1997)
• [文献書誌] T.Yanagiata: "AFM Observation of the Initial Growth Stage and the Ferroelectric Properties of Bi2V05.5 Fims on SrTiO3(100),Si(100)Substrates." Jpn.J.Appl.Phys.36. 5917-5920 (1997)
• [文献書誌] M.Nakano: "Fabrication and Characterization of (Sr,Ba)Nb206 Thin Films by Pulsed Laser Deposition." Jpn.J.Appl.Phys.36. L1331-L1332. (1997)
• [文献書誌] 中野充: "レーザアブレーション法によるSrTiO3(100)基板への(Sr,Ba)Nb206薄膜のヘテロエピタキシャル成長" 日本真空協会誌. 3月号. 120-122 (1997)
• [文献書誌] 川合知二: "高・強誘電体人工格子" セラミック協会会誌. 11月号. 898-902 (1997)
• [文献書誌] Y.Inokuma: "Superconductivity of (La,A)MnO3/Yba2Cu3Oy trilayer films(A=Sr,Ca)" Jpn.J.Appl.Phys. 36. 7169-7172 (1997)
• [文献書誌] 川合知二: "“機能が調和した"新しい材料の創成" 生産と技術. 49(No.4). 66-69 (1997)
• [文献書誌] 川合知二: "“機能調和人工格子"による新材料へのブレークスルー" まてりあ. 36(No.10). 990-995 (1997)