2012 Fiscal Year Annual Research Report
陽イオン比および面内歪制御に基づく新規強誘電体複合酸化物薄膜の開発
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11J06215
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小林 俊介 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Keywords | 強誘電体 / 不定比性 / 薄膜 / 透過型電子顕微鏡 / PLD / SrTiO3 |
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| Research Abstract |
次世代の不揮発性メモリの候補の一つとして、強誘電体薄膜を利用した強誘電体メモリの実用化が期待されている。本研究では全く新しい着想点から、PZT薄膜の自発分極を超える強誘電性を発現させる事を目的とする。本研究は常誘電体であるSrTiO3(STO)ホモエピタキシャル薄膜から陽イオン比の化学量論組成比からのずれに起因した強誘電特性を発現させ、さらに基板との格子不整合性による面内歪を利用する事で今までにない大きな自発分極の達成を目指す。目標達成の為、下記の項目を本年度計画とした。それぞれの進捗状況に関して状況を述べる。
本年度研究計画
1.STO薄膜中に陽イオンの組成比変化に起因した欠陥導入と制御を確立する。
2.欠陥構造に起因した電気伝導性の測定
3.強誘電性測定方法の確立
1.昨年度取り組んだ薄膜の高品質化(具体的には適切な雰囲気制御と高温性膜)により、Sr過剰側では過剰なSrO層を形成させ、Ti過剰側でにおいてユニークな欠陥構造であるSrクラスタリングを形成させた。さらに、成膜条件を詳細に検討することにより、欠陥密度をも制御する事に成功した。
2.誘電特性を測定する前段階として欠陥構造が電子移動度に与える影響を検証した。薄膜にNbによりキャリアドープした種々の欠陥構造を含むSTO薄膜を作製した。その結果、Sr過剰STO薄膜では絶縁体となり、Ti過剰STO薄膜ではSTO単結晶の3倍以上もの大きな移動度が測定された。この非常に大きな移動度は薄膜中の誘電率異常と密接に関係していると考えられる。このことはSTO強誘電性薄膜を検証する上で非常に重要な知見を与える可能性がある。
3.強誘電性測定を確立する為、次の課題を一つ一つ達成した。下部電極となる高品質SrRuO3薄膜の作製。上部電極の形状及び材質選定。測定手法の正しさを確認するための高品質BaTiO3薄膜の作製。以上の課題を達成することにより、代表的な強誘電体であるBaTiO3薄膜のP-Eヒステリシスを測定する事に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の目的である非化学量論組成STO薄膜の強誘電性をまだ測定するに至っていない。しかしながら、非化学量論組成STO薄膜において誘電率変化に起因していると考えられる物性変化が確認された。さらに、その変化は単結晶から得られる値の数倍向上した結果を得るに至った。また、本研究で用いる強誘電性測定の正確性を確認することに成功した。つまり、詳細に薄膜中の陽イオンの組成比を制御する技術を確立し、さらにその結果、単結晶を超える物性を得るに行った事、また物性測定の技術も確立している事を考慮すると、研究成果は順調に進展しいるものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の本研究において、まず非化学量論組成STO薄膜において誘電率及びP-Eヒステリシス(強誘電性測定)測定を行なっていく。非化学量論組成における種々の欠陥構造は主に、成膜中の雰囲気及び成膜温度と密接に関係している。
この影響を全て網羅する為には実験の効率化が要求される。その為に薄膜作製装置のメンテナンス(特に出力系)及びサンプル交換サイクルの改善に取り組む。具体的にはサンプルホルダーの改良及びレーザー入射窓を効率よく交換できる仕組みを作り、実験の効率化に取り組む。
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[Journal Article] Simultaneous visualization of oxygen vacancies and the accompanying cation shifts in a perovskite oxide by combining annular imaging techniques2012
Author(s)
S, Kobayashi, S, D, Findlay, N, Shibata, T, Hizoguchi, Y. Ikuhara, and T, Yamamoto
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Journal Title
Applied Physics Letters
Volume: 100
Pages: 193112-1, 1931112-5
DOI
Peer Reviewed
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