ナノ構造をもつ層状強誘電体薄膜を用いた超高密度メモリの作製

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15360342
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 舟窪 浩 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (90219080)
• 研究分担者: 水谷 惟恭 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (60016558)
• キーワード: ナノ構造 / 層状強誘電体薄膜 / 超高密度メモリ

研究概要

層状構造強誘電体は、強誘電体層と絶縁体層が積層した"自然超格子構造"による"ナノ構造"を持っている。この層を分極軸が存在する垂直方向に立てることができれば、厚さ0.4nmの絶縁体に分離された、0.5-2.0nm幅の強誘電体細線(トラック)ができることになる。申請者は薄膜の配向制御について検討した結果、この構造の作製に世界で初めて成功した。細線の一つ一つに情報を書き込むことができると、細線方向を従来の走査型プローブ顕微鏡等による書き込みで行っても、100nm毎の書き込みは十分可能であるので、10Tbit/inch^2以上の超高密度記録が可能となることが示唆された。
現在高密度記録の主流である磁気記録方式は理論的限界に近づいてきている。これに対し、強誘電特性を用いたメモリ媒体は、原理的に垂直記録であることや分極壁が1単位格子程度と非常に薄いこと等の磁気記録と比較した本質的なメリットから、超高密度媒体の主役となることが期待されている。しかしこれまでは、書き込み領域を小さく限定するための有効な方法がなかったため、高密度化はほとんど実現されていなかった。
本年度は強誘電体を用いた高密度記録媒体を実現することを目指して研究を行った結果、以下の結果を得た。
1)Bi層上強誘電体のうち、層間の8面体の数がそれぞれ2、3および4個のSrBi_2Ta_2O_9,Bi_4Ti_3O_<12>、Sr_4Bi_3Ti_4O_<15>のについて、層を垂直に立てた薄膜の作製に成功した。
2)塩酸によるエッチングを試みた結果、SrBi_2Ta_2O_9のみがBi層を選択的にエッチングできる可能性があることを見出した。

研究成果

• [文献書誌] Hiroshi Funakubo, Takayuki Watanabe, Takashi Kojima, Tomohiro Sakai, Yuji Noguchi, masaru Miyayama, Minoru Osada, Masato Kakihana, Keisuke Saito: "Property Design of Bi_4Ti_3O_<12>-Based Thin Films Using a Site-Engineered Concept"J.Crystal Growth. 248. 180-185 (2003)
• [文献書誌] Tomohiro Sakai, Takayuki Watanabe, Hiroshi Funakubo, Keisuke Saito, Minoru Osada: "Effect of La Substitution on Electrical Properties of Highly Oriented Bi_4Ti_3O_<12> Films Prepared by Metalorganic Chemical Vapor Deposition"Jpn.J.Appl.Phys.. 42(1). 166-169 (2003)
• [文献書誌] Keisuke Saito, Isao Yamaji, Takao Akai, Masatoshi Mitsuya, Hiroshi Funakubo: "Quantitative Effects of Preferred Orientation and Impurity Phases on Ferroelectric Properties of SrBi_2(Ta_<1-x>Nb_x)_2O_9 Thin Films by X-Ray Diffraction Reciprocal Space Mapping"Jpn.J.Appl.Phys.. 42(2A). 539-543 (2003)
• [文献書誌] Takashi Kojima, Takayuki Watanabe, Hiroshi Funakubo, Keisuke Saito, Minoru Osada, Masato Kakihana: "Ferroelectric Properties of Lanthanide-Substituted Bi_4Ti_3O_<12> Epitaxial Thin Films Grown by Metalorganic Chemical Vapor Deposition"J.Appl.Phys.. 93(3). 1707-1712 (2003)
• [文献書誌] Takayuki Watanabe, Keisuke Saito, Minoru Osada, Toshimasa Suzuki, Masayuki Fujimoto, Mamoru Yoshimoto, Atsushi Sasaki, Jin Liu, Masato Kakihana, Hiroshi Funakubo: "Long-Range Lattice Matching between (100)/(010) Bismuth-Layered Perovskite Structure and (101) Rutile Structure"Proc.Mater.Res.Soc.. 748. U2.4.1-U2.4.6 (2003)
• [文献書誌] Hiroshi Funakubo, Tomohiro Sasaki, Takayuki Watanabe, Minoru Osada, Masato kakihana, Keisuke Saito, Yuji Noguchi, Masaru Miyayama: "Growth Of Epitaxial Site-Engineered Bi_4Ti_3O_<12>-Based Thin Films by MOCVD and Their Characterization"Proc.Mater.Res.Soc.. 748. U2.2.1-U2.2.6 (2003)
• [文献書誌] Takashi Kojima, Yukio Sakashita, Takayuki Watanabe, Kazumi Kato, Hiroshi Funakubo: "Novel Candidate of c-axis-Oriented BLSF Thin Films for High-Capacitance Condenser"Proc.Mater.Res.Soc.. 748. U15.2,451-U15.2,456 (2003)
• [文献書誌] Hiroshi Uchida, Isao Okada, Hirofumi Matsuda, Takashi Iijima, Takayuki Watanabe, Hiroshi Funakubo: "Enhancement of Remanent Polarization of BIT-Based Thin Films by Ti-Site Substitution Using Ions with Higher Charge Valences"Proc.Mater.Res.Soc.. 748. U12.1.1-U12.1.11 (2003)
• [文献書誌] Tomohiro Sakai, Takayuki Watanabe, Minoru Osada, Masato Kakihana, Yuji Noguchi, Masaru Miyayama, Hiroshi Funakubo: "Crystal Structure and Ferroelectric Property of Tungsten-substituted Bi_4Ti_3O_<12> Thin Films Prepared by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition"Jpn.J.Appl.Phys.. 42(5A). 2850-2852 (2003)