微細加工技術を利用したナノピラー型マルチフェロイック複合体材料の開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01724
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 小舟 正文 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (90240960)
• 研究分担者: 神田 健介 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (20446735) ; 菊池 丈幸 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (50316048)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: マルチフェロイクス / 高温スパッタ法 / 反応性イオンエッチング / MOCVD法 / マイクロピラー型構造

研究実績の概要

本研究は、高温スパッタ法によりa軸及びc軸配向エピタキシャル(Bi3.25Nd0.65Eu0.10)Ti3O12 (BNEuT)薄膜をそれぞれNb:TiO2(101)及びPt(100)/MgO(100)基板上に作製した.得られたBNEuT薄膜をマイクロプレート(MP)とロッド(MR)形状に微細加工して強誘電体ピラーを作製した.それらを用いて、有機金属化学気相堆積(MOCVD)法によりフェリ磁性CoFe2O4(CFO)を間隙に堆積させてCFO/BNEuT複合体薄膜を作製した.得られたMP型及びMR型複合体薄膜の構造・磁気・強誘電・電気磁気特性のポストアニール温度依存性を測定した.得られた研究成果は以下の通りである。
(1) 700-750℃、10 hアニールしたCFO/BNEuT複合体薄膜中のCFOは、いずれも逆スピネル型構造を有する多結晶状態を示した。一方、800-850℃、10 hアニールした薄膜は、CFO相以外に熱分解によって生じたヘマタイト(α-Fe2O3)相とCo3O4層が出現した。700℃ですぐれた磁気特性(磁化M5kOe=49emu/g、保磁力Hc=905Oe)と強誘電性(残留分極Pr=15μC/cm2、抗電界Ec=155kV/cm)を示した。
(2) 700℃でポストアニールしたMP、MR及び積層型試料の室温電気磁気電圧係数(αME)のDC磁場依存性を調査した。MR型が4.5 kOeの磁場印加において、最大のαME (=5.5mV/cm・Oe)を示すことを見出した。以上の結果から、強誘電体ピラーがMR形状かつa軸配向エピタキシャル薄膜であるとき、当該複合体薄膜は磁気センサや電源不要キャパシタとして実用化が期待できることを実証した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Fabrication and Physical Properties of Microrod-Type Multiferroic Composite Thin Films by Metal Organic Decomposition (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Kobune, M. Yoshii, H. Takasaki, R. Ito, T. Migita, K. Kanda, K. Maenaka, and Y. Hayashi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 59 ページ: SPPB06 (6pp)
  • DOI: 10.35848/1347-4065/aba553
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Substrate Temperature on Physical Properties of Microrod-Type Multiferroic Composite Thin Films Fabricated by Metal Organic Chemical Vapor Deposition (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Migita, M. Kobune, R. Ito, T. Obayashi, H. Takasaki, R. Ito, T. Kikuchi, H. Fujisawa, K. Kanda, K. Maenaka, and Y. Hayashi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 59 ページ: SPPB08 (6pp)
  • DOI: 10.35848/1347-4065/aba9b4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and Characterization of Micropillar-Type Multiferroic Composite Thin Films by Metal Organic Chemical Vapor Deposition Using a Ferroelectric Microplate Structure (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Migita, M. Kobune, R. Ito, T. Obayashi, T. Kikuchi, H. Fujisawa, K. Kanda, K. Maenaka, H. Nishioka, N. Fukumuro, and S. Yae
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 59 ページ: SCCB10 (5pp)
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab4a98
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and Characterization of Micropillar-Type Multiferroic Composite Thin Films by Non-Aqueous Sol-Gel Method Using Ferroelectric Pillars (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Ito, M. Kobune, M. Yoshii, R. Ito, Y. Haruna, T. Obayashi, T. Migita, T. Kikuchi, K. Kanda, and K. Maenaka
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 59 ページ: SCCB08 (6pp)
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab4aa1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Structural Factors on Piezoelectric Performance of Lead-Free Perovskite Compounds (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Ito, M. Kobune, K. Takuwa, T. Kikuchi, and Y. Yoneda
  • 雑誌名: Trans. Mat. Res. Soc. Japan 巻: 45 ページ: 77-80
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Pt Sacrificial Layer on Microfabrication in Layered Bismuth-Based Ferroelectric Thin Films (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Obayashi, M. Kobune, T. Matsunaga, R. Ito, T. Migita, T. Kikuchi, K. Kanda, and K. Maenaka
  • 雑誌名: Trans. Mat. Res. Soc. Japan 巻: 45 ページ: 31-34
  • 査読あり
• [学会発表] Effects of Pt Sacrificial Layer on Microfabrication in Layered Bismuth-Based Ferroelectric Thin Films (2020)
  • 著者名/発表者名: 右田翼、小舟正文、高﨑英幸、伊藤稜、菊池丈幸、藤沢浩訓、神田健介、前中一介
  • 学会等名: 第81回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 有機金属分解法によるマイクロロッド型マルチフェロイック複合体薄膜の作製とその諸特性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小舟正文、高﨑英幸、吉井正光、伊藤稜、右田翼、菊池丈幸、神田健介、前中一介
  • 学会等名: 第37回強誘電体応用会議(FMA-37)
• [学会発表] 有機金属化学気相堆積法を用いて作製したマイクロロッド型マルチフェロイック複合体薄膜の諸特性に及ぼす基板温度の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 右田翼、小舟正文、伊藤涼雅、大林泰貴、高﨑英幸、伊藤稜、菊池丈幸、藤沢浩訓、神田健介、前中一介
  • 学会等名: 第37回強誘電体応用会議(FMA-37)