2023 年度研究成果報告書

放射光X線回折によるSi基板上エピタキシャル圧電薄膜の圧電主要因子の解明

研究課題

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研究課題/領域番号	21K14200
研究種目	若手研究
配分区分	基金
審査区分	小区分21050:電気電子材料工学関連
研究機関	大阪公立大学 (2022-2023) 大阪府立大学 (2021)
研究代表者	譚ゴオン大阪公立大学, 国際基幹教育機構, 准教授 (00806060)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード	圧電特性 / X線構造解析 / 強誘電体薄膜
研究成果の概要	圧電材料を薄膜化しMEMS（微小電気機械システム）に適用させた応用例としては、アクチュエータから圧電センサまで多岐にわたる。MEMS微細加工の観点からSi基板上に高品質なエピタキシャル薄膜を作製し、薄膜の物性や圧電特性を詳細に調査する必要がある。本研究では、バッファ層付きSi基板上にチタン酸ジルコン酸鉛PZT (Pb(Zr,Ti)O3)薄膜をエピタキシャル成長させ、得られた圧電薄膜に対して放射光X線回折を用いて電圧印加下での結晶構造解析（微視的な圧電ひずみの評価）を行い、圧電薄膜の圧電特性を決定する結晶学的な主要因子を調査した。
自由記述の分野	圧電薄膜材料
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究では、バッファ層付きSi基板上に作製した高品質なエピタキシャルPZT薄膜に対し、電圧を印加しながらのXRD（X線回折）測定を行い、圧電薄膜の格子ひずみといった微視的な結晶構造変化が巨視的な圧電特性にどのように寄与するのかを調査した。その結果、電圧印加下のPZT薄膜のX線回折スポットから得られた結果は、巨視的な逆圧電特性における電圧依存性と整合し、組成比の異なるPZT薄膜それぞれの圧電性の起源を解明する手がかりを得ることができた。これにより圧電特性を最大限に引き出せるような材料設計指針を検討し、圧電MEMSの性能向上、非鉛圧電薄膜の創製など、新しい展開をもたらすことが期待された。