強誘電体薄膜の物性制御と次世代メモリデバイスへの応用

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12134204
• 研究種目: 特定領域研究(B)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 奥山 雅則 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (60029569)
• 研究分担者: 長 康雄 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (40179966) ; 藤村 紀文 大阪府立大学, 工学部, 助教授 (50199361) ; 石橋 善弘 愛知淑徳大学, ビジネスコミュニケーション研究所, 教授 (00023052) ; 清水 勝 姫路工業大学, 工学部, 助教授 (30154305) ; 安田 直彦 岐阜大学, 工学部, 教授 (90021625)
• キーワード: モルフォトロピック相境界 / 濃度相境界 / 化学溶液プロセス / 新強誘電体探索 / 成長初期過程 / MFIS(MFS)構造 / 走査型非線形誘電率顕微鏡 / ペロブスカイト酸化物トラシジスタ

研究概要

強誘電体薄膜の物性制御と次世代メモリデバイスへの応用のために、理論・実験の両面より研究を推進するための体制を整え、以下のように研究を進めた。
強誘電体材料探索からみたモルフォトロピック相境界の解析、強誘電体電気特性にとって、その有限バンドはどの程度重要かについて解析を行い理論面から材料探索・デバイス応用へのアプローチを行った。また、高いTcを有するリラクサ強誘電体の濃度相境界における誘電特定の解明と物性制御、ペロブスカイト酸化物濃度相境界近傍の分極反転について調べ強誘電体の性質について詳細な研究を行った。
実験的には、化学溶液プロセスによるニオブ酸塩強誘電体薄膜の作製と評価、SBT薄膜の結晶化に及ぼすエキシマ照射効果を調べ良質の強誘電体薄膜を得るための条件を探索した。さらに、ペロブスカイト酸化物トランジスタBSCO/PZT/Nb-STOの作製と特性、SBT、STN膜を用いたMFIS構造の基礎特定を行いデバイス応用のための研究を行った。また、デバイス応用を考えたときに重要な微細化に関してMOCVD法によるPZT薄膜の成長初期過程の観察と強誘電性、菱面体晶系PZT/Ir/SiO_2/Si膜構造の作製と評価並びにグレインサイズ制御より研究を行った。これら強誘電体のミクロな挙動を調べるために走査型非線形誘電率顕微鏡により研究を行った。
さらに、次世代メモリデバイスのための完全界面・表面制御と新強誘電体探索、強誘電体メモリに適した材料選択について研究を行った。

研究成果

• [文献書誌] M.Joseph,H.Tabata,T.Kawai: "Ferroelectric behavior of epitaxial BiVO thin films on Si(100) formed by pulsed laser deposition"J.Appl.Phys.. 88. 1193 (2000)
• [文献書誌] M.Joseph,H.Tabata,T.Kawai: "Any candidates of ferroelectric material for transistor type FeRAM?"Appl.Phys.A. (in press). (2000)
• [文献書誌] Y.Ishibashi: "Theory of nonlinear response"Ferroelectrics. 236. 71-79 (2000)
• [文献書誌] Y.Watanabe,M.Okano,A.Masuda: "Surface conduction on insulating BaTiO3 crystal suggesting an intrinsic surface electron layer"Phys.Rev.Lett.. 86. 332 (2000)
• [文献書誌] S.Hirano,T.Yogo,W.Sakamoto,H.Yamaguchi: "Chemical processing of PbTiO3/Organic Hybrid and Pb(Zr,Ti)O3 Thick Films"Technology and Applications. 107-114 (2000)
• [文献書誌] T.Hayashi,A.Tanimura,H.Shinozaki,K.Sasaki: "Preparation of Ba(ZrxTi1-x)O3 Particles by Vapor Phase Hydrolysis of Precursors Formed Through Alkoxide-Hydroxide Route"Transactions of the Materials Res.Soc.Jpn.. 25. 1131-1134 (2000)
• [文献書誌] Y.Cho,S.Kazuta,K.Ohara,H.Odagawa: "Quantitative measurement of liner and nonlinear dielectric characteristic using scanning nonlinear dielectric microscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 3086-3089 (2000)
• [文献書誌] T.Futakuchi,K.Nakano,M.Adachi: "Low-temperature preparation of lead-based ferroelectric thick films by screen-printing"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 5548-5551 (2000)
• [文献書誌] N.Yasuda,H.Ohwa,M.Kume,Y.Yamashita: "Piezoelectric properties of a high Curie temperature Pb(In1/2Nb1/2)O3-PbTiO3 binary system single crystal near a morphotropic phase boundary"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. L66-L68 (2000)
• [文献書誌] M.Iwata,Y.Ishibashi: "Theory of morphotropic phase boundary in solid solution systems of perovskite-type oxide ferroelectrics : Engineered Domain Configurations"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 5156 (2000)
• [文献書誌] H.Sugiyama,T.Nakaiso,Y.Adachi,M.Noda,M.Okuyama: "An Improvement in C-V Characteristics of Metal-Ferroelectric-Insulator Semiconductor Structure for Ferroelectric Gate FET Memory Using a Silicon Nitride Buffer Layer"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 2131-2135 (2000)
• [文献書誌] M.Shimizu,S.Nakashima,K.Kaibara,H.Fujisawa,H.Niu: "Effects of film thickness and grain size on the electrical properties of Pb(Zr,Ti)O3 thin films prepared by MOCVD"Ferroelectrics. 241. 183-190 (2000)