| 研究概要 |
本年度の実施計画に基づき,エピタキシャル及び多結晶強誘電体ナノ構造の作製を目的として,単結晶SrTiO_3(100)(以下STO),SrRuO_3(以下SRO)/STO(100)及び多結晶Pt/SiO_2/Si基板上において,Pb(Zr, Ti)O_3(以下PZT)薄膜の成長様式と強誘電特性をAFM(Atomic Force Microscopy)とPFM(Piezorcsponse Scanning Force Microscopy)を用いて調べ,以下のような知見を得た。
1.化学エッチングと高温アニールにより原子層レベルで表面平坦化したSTO単結晶基板上において,PZT薄膜の成長様式を調べた。その結果,PZT薄膜はSrO及びTiO_2終端最表面においてそれぞれVolmer-Waber(V-W)モード及びStranski-Krastanov(S-K)モードで成長した。したがって,STO(100)基板のSrO終端面上では,成長初期から島状構造を形成し,非常に微細な強誘電体ナノ構造の作製が可能であった。逆にTiO_2終端面上ではS-Kモードで成長するため,非常に薄く,平坦な連続膜を得ることができた。また,表面平坦化したSTO基板上では,原子層ステップを持つSRO下部電極を得ることができた。SRO下部電極上ではPZT薄膜はS-Kモードで成長するとともに,膜厚30nmという非常に薄い場合においても非常に良好な強誘電性を示すことが明らかとなった。
2.Pt/SiO_2/Si基板上では,PZTはV-Wモードで成長し,成長温度により強誘電体ナノ構造の配向性や高さを制御できた。また,成長温度の低温化にも取り組み,395℃という低温で強誘電性を持つPZTナノ構造を得ることができた。さらに,395℃という低温作製時においてもこのPZTナノ構造をシードとして用いることで,16-17μC/cm^2の残留分極値を持つPZT連続膜が得られた。
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