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

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12134204
• 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, 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: 2次相転移点 / PZT / リラクサ強誘電体 / 低温プロセッシング / ケミカルプロセッシング / MFIS(MFS)構造 / 走査型非線形誘電率顕微鏡 / 強誘電体・半導体接合

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。
理論面からは薄膜における強誘電性について解析し、上下の電極に対して構造の非対称性についても考慮に入れ、強誘電性発現の条件を明らかにできた。またリラクサ強誘電体のPZN-PT混晶の巨大誘電率の要因について検討を行い、MPBにおける等方向的挙動から生ずる分極の横方向の不安定性に由来することを示唆する結果を得た。
実験的には、リラクサ強誘電体のドメイン構造の観察を行い相転移について示した。ケミカルプロセスによりBIT薄膜の作製および希土類元素のドープ、紫外線照射による特性向上、SBT薄膜の結晶化に及ぼすエキシマランプ照射およびSeed層の影響を調べ良質の強誘電体薄膜を得るための条件を明らかにした。デバイスの微細化・高信頼性に必須の薄膜の低温成長をMOCVDでPZT薄膜において成功し、分極反転領域の成長速度を明らかにした。走査型非線形誘電率顕微鏡の高精度化により強誘電体のミクロなドメイン構造の観察に成功した。さらにMOCVDによるPZT薄膜の成長初期核に注目しミクロな強誘電性の挙動について調べた。
さらに、次世代メモリデバイスのためのカルコゲナイト化合物、YMnO_3などの新強誘電体を用いたMFSおよびMFIS構造の作製を行った。その表面、界面の構造解析および電気的特性を調べ、保持特性の向上および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] Y.Ishibashi: "On Elastic Anomaly at the Hexagonal-Orthorhombic Transition in Hexagonal Ba-TiO_3 and Ice"J.Phys.Soc.Jpn.. 70. 307-308 (2001)
• [文献書誌] M.Iwata, N.Tomisato, H.Orihara, H.Ohwa, N.Yasuda, N.Arai, Y.Ishibashi: "Raman Scattering in the Pb(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)-PbTiO_3 Mixed Crystal System II"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. 5819-5822 (2001)
• [文献書誌] N.Yasuoka, H.Ohwa, S.Kume, Y.Hosono, Y.Yamashita, S.Ishino, H.Terauchi, M.Iwata, Y.Ishibashi: "Crystal growth and dielectric properties of solid solutions of Pb(Yb_<1/2>Nb_<1/2>)O_3-PbTiO_3 with a High Curie Temperature near a Morphotropic Phase Boundary"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. 5664-5667 (2001)
• [文献書誌] Y.Cho, K.Ohara, A.Koike, H.Odagawa: "New Functions of Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy-Higher-Order Measurement and Vertical Resolution -"Jpn.J.Appl.Phys.. 41. 3544-3548 (2001)
• [文献書誌] T.Hayashi, D.Togawa: "Preparation and Properties of SrBi_2Ta_2O_9 Ferroelectric Thin Films Using Excimer UV Irradiation and Seed Layer"Jpn.J.Appl.Phys.. 41. 5585-5589 (2001)
• [文献書誌] A.Miyasaki, W.Sakamoto, T.Yogo, S.Hirano: "Chemical Solution Processing of Barium Titanate Films"Ceramic Transactions. 112. 261-266 (2001)
• [文献書誌] T.Fujii, M.Arata, S.Miyaji, M.Adachi: "Preparation of Pb(Zr_<0.9>Ti_<0.1>)O_3 Films by Sol-Gel Technique Using Thin Ti Buffer Layer"Ext.Abstr.FeRAM2001, Nov.19-21. 82-83 (2001)
• [文献書誌] H.Fujisawa, K.Kita, M.Shimizu, H.Niu: "Low Temperature fabrication of Ir/Pb(ZrTi)O_3/Ir Capacitors Solely by Metalorganic Chemical Vapor Deposition"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. 5551 (2001)
• [文献書誌] K.Saito, T.Oikawa, I.Yamaji, T.Akai.H.Funakubo: "Domain Structures and Ferroelectric Properties of Epitaxial Pb(Zr, Ti)O_3 Thin Films"ICCGG-13/ICVGE-11, Aug. 3. 440 (2001)
• [文献書誌] Y.Watanabe, A.Masuda: "Theoretical Stability of Polarization in Metal/Ferroelectric/Insulator/Semiconductor and Related Structure"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. 3738-3740 (2001)
• [文献書誌] D.Ito, N.Fujimura, K.Kato, T.Ito: "Retention property analyses of epitaxially grown YMnO_3/Y_2O_3/Si capacitor"Ferroelectrics. (in press).
• [文献書誌] M.Takahashi, H.Sugiyama, T.Nakaiso, K.Kodama.M.Noda, M.Okuyama: "Analysis and Improvement of Retention Time of Memorized State of Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor Structure for Ferroelectric Gate FET Memory"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. 2923-2927 (2001)
• [文献書誌] Y.Hotta, E.Rokuta, H.Tabata, H.Kobayashi, T.Kawai: "Optimization of electronic-band alignments at ferroelectric (ZnxCd1-x)S/Si(100) interfaces"Appl.Phys.Lett.. 78. 3283-3285 (2001)