ナノメータ分極制御の基礎研究と新しいデバイス応用

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09450141
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 皆方 誠 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80174085)
• 研究分担者: 野村 卓志 静岡大学, 電子工学研究所, 助手 (90172816) ; 石川 賢司 静岡大学, 電子工学研究所, 助教授 (50022140)
• キーワード: ナノメータサイズ分極反転 / 大容量高密度メモリ / LiTaO_3 / LiNbO_3 / P-Eヒステリシスカープ / 核形成しきい値 / 広がりしきい値 / コヒーレントディテクション

研究概要

優れた光学材料であるLINbO_3やLiTaO_3結晶は、大きな自発分極と180度ドメイン構造を有しており、分極反転を極限まで制御することができれば、超大容量メモリなどの新しい光デバイス開発の可能性がある。
本研究では、LITaO_3結晶に電子ビームを照射することにより、ナノメートル分極制御の基礎研究を行い、その応用として大容量メモリの検討を行った。まず、改造した電子ビーム描画装置を用いて2μm以下の微小パターンを描画し、直径140μm以下の反転形状を得た。理論解析から(1)クーロン相互作用が強く作用し、電荷分布は頂角一定の砂時計型モデルで説明できること、(2)分極反転には「核形成しきい値と反転領域拡張しきい値」の2つが存在することを明らかにした。また、厚さ500μmの結晶中に最小670nmφの微小分極反転ドメインをはじめて形成した。つぎに、圧電性に基づくコヒーレント検出法を提案し、改造したAFM装置を用いて非破壊で微小パターンの観測に成功した。さらに、P-Eヒステリシスカーブを測定し(1)Psは±51μC/cm^2と大きく、理想的な角形特性を有すること、(2)反転しきい値は、核形成204[kV/cm]、領域拡張120[kV/cm]に対応すること、(3)LiTaO_3結晶はメモリ応用に適していることなどを明らかにした。これらの成果はナノメートル分極制御および応用デバイスの開発に有益な知見を与えるものである。

研究成果

• [文献書誌] M.Minakata: "New Method of Domain Inversion for High-efficency SHG Blue Light Source" Proeedings of Joint Int.l.Conf.on Advanced Science and Technology. 161-164 (1998)
• [文献書誌] J.Zhong: "Study of Domain Inversion on LiTaO_3/LiNbO_3 Quasi-phase Matching Second Harmonic Generation Device" Proceedings of Joint Int.l.Conf.on Advanced Science and Technology. 165-168 (1998)
• [文献書誌] M.Minakata: "The Perfect Velocity Matched High Speed LiNbO_3 Optical Modulators with an Etched Back Slot" Proceedings of Joint Int.l.Conf.on Advanced Science and Technology. 194-197 (1998)
• [文献書誌] M.Minakata: "Optical directional coupler switch with domain inversion" Proceedings of Joint Int.l.Conf.on Advanced Science and Technology. 202-205 (1998)
• [文献書誌] T.Nomura: "Fabrication and characteristic of InGaAs/GaAs MQW grown by MBE" Proceedings of Joint Int.l.Conf.on Advanced Science and Technology. 206-209 (1998)
• [文献書誌] T.Nomura: "Effect of pattern size on fine structure formed on GaAs (001)" Proceedings of Joint Int.l.Conf.on Advanced Science and Technology. 210-213 (1998)
• [文献書誌] M.Minakata: "Observation of Domain Inversion by Coherent Detection" Proceedings of Joint Int.l.Conf.on Advanced Science and Technology. 245-248 (1998)
• [文献書誌] 皆方 誠: "分極反転を用いた方向性結合型光スイッチに関する研究" 静岡大学電子工学研究所研究報告. 33. 61-68 (1998)
• [文献書誌] 皆方 誠: "Coherent Detection法による分極構造の観察" 静岡大学電子工学研究所研究報告. 33. 69-76 (1998)
• [文献書誌] 皆方 誠: "高効率SHG青色光源を目指した新しい分極反転法" 静岡大学電子工学研究所研究報告. 33. 77-84 (1998)
• [文献書誌] 野村卓志: "MBE法によるInGaAs/GaAs MQW作製と評価" 静岡大学電子工学研究所研究報告. 33. 85-89 (1998)