ナノメータ分極制御デバイスとコヒーレント検出

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450139
• 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 静岡文化芸術大学, 情報学部, 助教授 (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: 電子ビーム照射 / 電荷分布モデル / LiTaO_3 / 調和組成 / 分極反転しきい値 / P-Eヒステリシスカーブ / クーロン相互作用 / ナノメータサイズ分極反転

研究概要

本年度は、LiTaO_3結晶に電子ビームを照射し、分極反転の様相を詳細に検討することによって反転機構に関する重要な知見を得た。
1)電荷分布モデル 加速電圧が10kVを越えると、加速電子は結晶中に注入可能となり、結晶の抵抗率が高い(10E14〜16Ωcm)ので、描画領域に電荷が蓄積される。新たに打ち込まれた電子は既存電荷により強いクーロン相互作用を受けて反発し照射領域から逃げて広がり、砂時計において砂が降り積もり"一定の頂角をもった円錐"が形成されるように、"円錐電荷分布(砂時計電荷分布)"を形成する。
2)電荷分布の観測 低加速SEMにより初めて撮影に成功した。電荷分布と経時変化の様相は、"SEM電荷分布観測"から容易に判断できることが分かった。
3)分極反転のしきい値 電子照射量と分極反転領域の大きさの測定結果に、砂時計電荷分布モデルを適用して解析を行った結果、分極反転には反転核形成のための「核形成しきい値hn」と、反転領域を広げる「領域拡張反転しきい値hth」の2つが存在することが判明した。
4)各しきい値の定量化 このために外部印加電界法により、同じ結晶のP-Eヒステリシスカーブを測定した。その結果、hn=204kV/cm,hth=120kV/cmなる値が得られた。この値は「調和組成の結晶」に対して得られた値である。
5)クーロン相互作用 コントロールリングを用いたクーロン相互作用の詳細な検討により、従来不明であった電子ビームの連続走査による不連続な点列分極反転形状、nm針状分極反転ドメイン構造発生機構などを合理的に説明が可能となった。

研究成果

• [文献書誌] 皆方誠: "強誘電体体の分極構造観察"応用物理. 69,5. 565-566 (2000)
• [文献書誌] K.Ishikawa: "Size-induced phase transition in PbTiO_3 nanocrystals : Raman scatttering study"Phys.Rev.. B62,. 3125-3130 (2000)
• [文献書誌] M.Minakata: "Effect of Control-Ring on LiTaO_3 Domain Inversion by Electron Beam Irradiation"Proceedings of Joint International Conference on Advanced Science and Technology. 4. 253-256 (2000)
• [文献書誌] M.Minakata: "Recent Progress of QPM-SHG blue light source, 40GHz high speed optical modulator and Large capacity optical memories"Imperial College in London Electric Engineering Seminer256. ZB1. 21-40 (2000)
• [文献書誌] 皆方誠: "ナノメータ分極制御と応用光デバイス"平成12年度電気関係学会東海支部連合大会. S6-6. 14-15 (2000)
• [文献書誌] 皆方誠: "ナノメータ分極制御とその応用デバイス"平成12年度東北大学電気通信研究所共同プロジェクト研究会論文集. Vol.5. 14-17 (2000)
• [文献書誌] 皆方誠: "光学材料ハンドブック,1.2電気光学効果・磁気光学効果"REALIZE INC.. 60-71 (2000)
• [文献書誌] 皆方誠: "光学材料ハンドブック,4.1誘電体光変調器・光スイッチ"REALIZE INC.. 411-418 (2000)