MOCVD法による高品質強誘電体薄膜の作製と物性評価

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12134207
• 研究機関: 姫路工業大学
• 研究代表者: 清水 勝 姫路工業大学, 工学研究科, 助教授 (30154305)
• 研究分担者: 安達 正利 富山県立大学, 工学部, 教授 (90026287) ; 藤沢 浩訓 姫路工業大学, 工学研究科, 助手 (30285340) ; 丹生 博彦 姫路工業大学, 工学研究科, 教授 (40047618)
• キーワード: MOCVD法 / 強誘電体 / Pb(Zr,Ti)O_3 / 極薄膜 / ナノ構造 / 自己集合 / エピタキシャル成長 / 圧電応答顕微鏡

研究概要

当該年度は、メモリ素子の低電圧駆動や高集積化を目指した強誘電体PZT極薄膜や自己集合ナノ構造について研究を進めた結果、以下の成果が得られた。
1.原子レベルで平坦化したSrTiO_3基板上に、平坦なテラスとステップ構造を有するSrRuO_3下部電極膜を得ることができた。また、SrRuO_3の組成によりテラス幅とステップ高さが変化することが分かった。この、SrRuO_3/SrTiO_3基板上に厚さ15-20nmという薄さながら強誘電性を示すPZT極薄膜を再現性良く得ることができた。
2.SrTiO_3基板上へSrTi_xRu_<1-x>O_3薄膜の成長を行った結果、非常に平坦なテラス(最大高低差:0.4nm)とステップ構造を有する薄膜が得られ、PZT極薄膜成長用下部電極として有望であること分かった。
3.圧電応答顕微鏡法によりPZT極薄膜の圧電性、強誘電性を調べたところ、膜厚10nm以下のPZT極薄膜が強誘電性を示すことが観察された。
4.MOCVD法により強誘電体PbTiO_3やPZT自己集合ナノ島構造をSrTiO_3及びMgO単結晶基板上に形成することができた。Pt(111)/SrTiO_3(111)上にはピラミッド状,Pt(110)/SrTiO_3(110)上には三角柱状、Pt(100)/SrTiO_3(100)上にはシート状のナノ構造が形成された。
5.各々のナノ構造の形状や面内方位は揃っており、エピタキシャル関係を利用することで、形状や方位などの構造制御が行えることが分かった。
6.各基板上に得られたナノ構造を圧電応答顕微鏡法により調べたところ、得られたナノ構造が圧電性、強誘電性を有することが分かった。
7.MOCVD用新規Ir原料であるIr(EtCp)(CHD)を用いIr膜の作製・評価を行なったところ、PZTキャパシタ電極用原料として優れた性質を持つことが分かった。

研究成果

• [文献書誌] Masaru Shimizu: "Self-Assembled PbTiO_3 Nanoislands Prepared by MOCVD"Integrated Ferroelectrics. 未定. (2004)
• [文献書誌] Masaru 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] Hironori Fujisawa: "Ferroelectricity of the 1.7nm-High and 38nm-Wide Self-Assembled PbTiO_3 Island"J.Eur.Ceram.Soc.. 24. 1641-1645 (2004)
• [文献書誌] Hajime Nonomura: "Self-Assembled PbTiO_3 Nano-Islands Prepared on SrTiO_3 by Metalorganic Chemical Vapor Deposition"Jpn.J.Appl.Phys.. 24. 5918-5921 (2003)
• [文献書誌] Akira Shibuya: "Natural-Superlattice-Structured Bi_4Ti_3O_<12>-SrBi_4Ti_4O_<15> Ferroelectric Thin Films"Appl.Phys.Lett.. 82. 784-786 (2003)
• [文献書誌] Masaru Shimizu: "Characterization of PZT Capacitors with Ir Electrodes Prepared Solely by Low-Temperature MOCVD"J.Korean Phys.Soc.. 42. S1203-S1206 (2003)
• [文献書誌] Hironori Fujisawa: "Characterization of MOCVD-TiO_2 and ZrO_2 Insulating Layers in MFIS Structures by DLTS and ICTS Methods"J.Korean Phys.Soc.. 42. S1354-S1356 (2003)
• [文献書誌] Hajime Nonomura: "Ferroelectric Properties of 15-2Onm-Tick PZT Ultrathin Films Prepared by MOCVD"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. 748. 81-86 (2003)
• [文献書誌] Hironori Fujisawa: "Investigation of Domain Wall Velocity and Nucleation Rate in Polarization Switching of Epitaxial Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films Using Piezoresponse Scanning Microscopy"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. 748. 255-260 (2003)
• [文献書誌] 清水 勝: "圧電応答顕微鏡による強誘電体薄膜の観察と評価"セラミックス. 10月号. 791-794 (2003)
• [文献書誌] 岡庭 守: "MOCVD法によるPb(Zr,Ti)O_3薄膜の低温成長と特性の改善"信学技報. 103. 1-6 (2003)
• [文献書誌] Hironori Fujisawa: "Ir Thin Films for PZT Capacitors Prepared by MOCVD Using a New Ir Precursor"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. 764(未定). (2004)
• [文献書誌] Hironori Fujisawa: "Nanoscale Phenomena in Ferroelectric Thin Films"Kluwer Academic Publishers. 288 (2003)