高品質強誘電体薄膜の化学プロセスによる作製

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12134203
• 研究種目: 特定領域研究(B)
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 平野 眞一 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30016828)
• 研究分担者: 坂本 渉 名古屋大学, 理工科学総合研究センター, 助教授 (50273264) ; 余語 利信 名古屋大学, 理工科学総合研究センター, 教授 (00135310) ; 林 卓 湘南工科大学, 工学部, 教授 (70023265)
• キーワード: 強誘電体薄膜 / メモリーデバイス / 低誘電率 / Sr_2Nb_2O_7 / Sr_2(Nb,Ta)_2O_7 / 金属-有機化合物前駆体 / 異種元素ドープ / 基板選択

研究概要

今年度は、Sr_2(Nb,Ta)_2O_7(SNT)系化合物が他の強誘電体材料と比較して低誘電率を有する強誘電体であることに着目し、実際にこの化合物の薄膜を作製し、強誘電体メモリ型電界効果トランジスタへの応用の可能性を明らかにするための検討を行った。ここでは、金属-有機化合物前駆体を用いる化学溶液法によりSNT薄膜を合成し、SNT前駆体溶液の調製条件、SNT前駆体の構造解析、SNT前駆体の加熱処理過程における結晶化挙動の追跡、SNT薄膜の作製および発現する電気的な特性の評価を中心に検討した。その結果、適切な調製条件を選択することにより、均一かつ安定なSNT系前駆体溶液を調製することができ、溶液中の前駆体の解析結果からSNT前駆体の構造を明らかとした。また、SNT前駆体の結晶化挙動の解析結果より、SNT前駆体のNb/Ta比と前駆体構造およびその結晶化温度の間には密接な関係があり、半導体素子基板上に高い結晶性を有するSNT薄膜を作製するためには、850℃以上の高温での熱処理が必要であることもわかった。SNT構造中のSrサイトを一部Caにより置換を行い、作製した薄膜の結晶性の向上およびより良好な強誘電性の発現などSNT構造中へのCa添加効果を明らかにした。さらに、薄膜を作製する際の基板としてPt/MgO(100)を選択することにより、より低温域で高い結晶性を有するSNT薄膜が作製できることを見い出した。Pt/MgO基板上に作製したSNT薄膜は、広い温度範囲において低誘電率および低誘電損失を示すことも明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] D.Kawasaki, W.Sakamoto, T.Yogo, S.Hirano: "Synthesis of Nb substituted Sr_2Ta_2O_7 Thin Films by a Chemical Solution Deposition Method"Ceramic Transactions. 112. 267-272 (2001)
• [文献書誌] A.Miyazaki, W.Sakamoto, T.Yogo, S.Hirano: "Chemical Solution Processing of Barium Titanate Films"Ceramic Transactions. 112. 261-266 (2001)
• [文献書誌] W.Sakamoto, Y.Horie, T.Yogo, S.Hirano: "Synthesis and Properties of Highly Oriented (Sr, Ba)(Nb, Ta)_2O_6 Thin Films by Chemical Solution Deposition"Japanese Journal of Applied Physics. 40・9B. 5599-5604 (2001)
• [文献書誌] K.Ueno, W.Sakamoto, T.Yogo, S.Hirano: "Synthesis of Conductive LaNiO_3 Thin Films by Chemical Solution Deposition"Japanese Journal of Applied Physics. 40・10. 6049-6054 (2001)
• [文献書誌] W.Sakamoto, Y.Horie, T.Yogo, S.Hirano: "Chemical Solution Processing and Properties of Tungsten Bronze (Ba, La)Nb_2O_6 Thin Films"Integrated Ferroelectrics. 36・1-4. 191-200 (2001)
• [文献書誌] W.Sakmoto, D.Kawasaki, T.Yogo, S.Hirano: "Chemical Solution Processing of Sr_2(Nb,Ta)_2O_7 Thin Films"Integrated Ferroelectrics. 36・1-4. 275-284 (2001)