強誘電体-半導体界面構造の解明

2003 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, 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: 希土類ドープ / MFIS-FET / リラクサ強誘電体 / ドメイン構造観察 / 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。
強誘電体の多分散系における3次元非線形感受率の分散関係を理論的に解析し、緩和時間の分布を特徴づけるパラメーが高次の損失項の係数として現れることを明らかにした。
実験的には、リラクサ強誘電体のドメイン構造と誘電特性についてAFM、偏光顕微鏡などで観察し、90°および180°ドメインウォールの観察ができた。また、ドメインウォール構造の解析を行い室温では通常の強誘電体と同様に古典論によって理解できることを示した。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、さらにBiSiO添加やGe置換等を行い、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薄膜および電極において成功し、MFM構造の作製、またナノ構造の制御に成功した。走査型非線形誘電率顕微鏡により強誘電体のナノドメイン構造の分極を制御し256x256の図を記録できた。さらに、次世代メモリデバイスのためのYMnO_3などの新強誘電体を用いたMFIS構造のリーク解析、PZTの配向性による電気的特性の違いを明らかにした。I層について検討しHfO_2薄膜の作製を行った。絶縁膜に窒化膜を用いたMFIS-FETを試作し電気的特性を調べた。

研究成果

• [文献書誌] Y.Ishibashi: "Phenomenology of Elastic Properties in Martensite Alloys"J.Phys.Soc.. 72. 1675-2682 (2003)
• [文献書誌] M.Iwata: "Domain observation in PZN-PT mixed crystals by scanning probe microscope"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 5403-5406 (2003)
• [文献書誌] Y.Cho: "Terabit inch^<-2> ferroelectric data storage using scanning nonlinear dielectric microscopy nanodomain engineering system"Nanotechnology. 14. 637-642 (2003)
• [文献書誌] T.Hayashi: "Processing and Properties of Rare Earth Ion-Doped Bismuth Titanate Thin Films by Chemical Solution Deposition method"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 5222-5226 (2003)
• [文献書誌] W.Sakamoto: "Properties of Highly Oriented Rare-Earth-Ion Substituted BaNb_2O_6 Thin Films Synthesized by Chemical Solution Deposition"Jpn.J.Appl.Phys. 42(9B). 2513-5917 (2003)
• [文献書誌] Y.Watanabe: "Photoresponse of Zenner tunneling junction of Pb(Ti,Zr)O_3/SrTiO_3 at low temperature"J.Appl.Phys.. 94(11). 7187-7192 (2003)
• [文献書誌] H.Tabata: "Control of the Oedered-Disordered State of B-site Ions in Ferroelectric Relaxor Superlattices"J.Kor.Phys.Soc.. 42. 1199-1202 (2003)
• [文献書誌] T.Fujii: "Ferroelectric Properties of Lead Strontium Titanate Thin Films by RF Magnetron Sputtering"J.Korean.Phys.Soc.. 42. S1178-S1181 (2003)
• [文献書誌] M.Shimizu: "Ferroelectric Properties of Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films prepared by Low-Temperature MOCVD Using PbTiO_3 Seeds"J.Eur.Ceram.Soc.. 24. 1625-1628 (2004)
• [文献書誌] H.Funakubo: "Effect of starting materials on deposition behavior, crystal structure and electrical properties of MOCVD-PZT films"Key Engineering Materials. 248. 57-60 (2003)
• [文献書誌] N.Fujimura: "Ferromagnetic and Ferroelectric Behaviors of A Site Substituted YMnO3 Based Epitaxial Thin Films"Jpn.J.Appl.Phys.. 93. 6993-6995 (2003)
• [文献書誌] M.Okuyama: "Growth and Ferroelectric Property of Natural-Superlattice-Structured Bi_4Ti_3O_<12>-SrBi_4Ti_4O_<15> Thin Films (Invited)"Annual Meeting & Exposition of The American Ceram.Soc.. 105. 169(S19-81) (2003)