2002 Fiscal Year Annual Research Report

層状結晶格子を利用した非鉛系強誘電機能材料の設計

Research Project

Project/Area Number	14205096
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	宮山勝東京大学, 生産技術研究所, 教授 (20134497)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	野口祐二東京大学, 生産技術研究所, 助手 (60293255)
Keywords	ビスマス層状構造強誘電体 / 格子欠陥 / 酸素空孔 / ドメイン構造 / 酸素イオン伝導 / リーク電流 / 交代層構造 / 圧電応答原子間力顕微鏡
Research Abstract	非鉛系のビスマス層状構造酸化物の層状結晶格子を活用し、従来にない強誘電機能、異物性融合機能を発現させるための材料設計を行うことを目的に研究を行い、以下の成果を得た。 (1)格子欠陥制御による基礎強誘電物性制御指針の確立単層体であるチタン酸ビスマス(Bi_4Ti_3O_<12>:BIT)およびLa置換チタン酸ビスマス(La-BIT)単結晶を育成し、ドメイン構造を圧電応答原子間力顕微鏡により調べた。ともに90°ドメインが主であるが分極反転しにくい180°ドメインも存在すること、および置換La量増大に伴いドメイン領域幅が減少することを見出した。また、BITおよびV置換BIT(V-BIT)の高温電気伝導を雰囲気酸素分圧を制御して測定し、結晶軸(a軸、c軸)方向毎の酸素イオン導電率、ホール導電率を分離して評価した。全導電率はa軸方向の方がc軸方向より大きく、a軸方向では酸素イオン導電率が、またc軸方向ではホール導電率が支配的であった。TiのV置換(〜0.1at%)によりa軸方向の酸素イオン導電率、ホール導電率がともに著しく減少した。これより、高温下で生成する酸素空孔とそれへの気相酸素の取り込みにより生成するホールはペロブスカイト層中で移動しやすいが、酸化ビスマス層は酸素空孔の移動を阻害すること、V置換により酸素空孔の生成が抑制され、高温導電率と室温リーク電流の減少がもたらされることを明らかにした。 (2)導電層をもつビスマス交代層構造酸化物の作製チタン酸ビスマス(BIT)のTiをMnで置換(〜1.3at%)した単結晶を作製し、その結晶構造変化、リーク電流変化を調べた。置換量が1.3at%までの範囲では、Mn置換により室温、c軸方向でのリーク電流が減少した。Mn置換体のc軸方向の分極特性は、無置換体と比べて、残留分極には変化がないが抗電界は増加していた。ドメイン構造はMn置換により複雑化しており、これが抗電界の増加と関連していると考えられる。

Research Products

(12 results)

All Other

All Publications (12 results)

[Publications] T.Watanabe et al.: "Effect of Co-substitution of La and V in Bi_4Ti_3O_<12> Thin Films on the Low-temperature Deposition"Appl.Phys.Lett.. 80(1). 100-102 (2002)
[Publications] T.Watanabe et al.: "Preparation and Characterization of a-and b-axis-oriented Epitaxially Grown Bi_4Ti_3O_<12>-based Thin Films with Long-range Lattice Matching"Appl.Phys.Lett. 81(9). 1660-1662 (2002)
[Publications] T.Watanabe et al.: "Large Remanent Polarization of Bi_4Ti3_O_<12>-based Thin Films Modified by the Site engineering Technique"J.Appl.Phys.. 92(3). 1518-1521 (2002)
[Publications] Y.Noguchi et al.: "Defect Engineering for Control of Polarization Properties in Bismuth Layer-structured Ferroelectrics"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 27(1). 235-238 (2002)
[Publications] M.Takahashi et al.: "Electrical Conduction of Bi_4Ti_3O_<12> Ceramics Sintered under Various Oxygen Partial Pressures"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 27(1). 231-234 (2002)
[Publications] Y.Noguchi et al.: "Bismuth Layer-structured Ferroelectrics with Cation Vacancies"Key Eng.Mater.. 228-229(CSJ-9-10). 223-226 (2002)
[Publications] Y.Goshima et al.: "Dielectric and Ferroelectric Anisotropy of Intergrowth Bi_4Ti_3O_<12>-PbBi_4Ti_4O_<15> Single Crystals"Appl.Phys.Lett.. 81(12). 2226-2228 (2002)
[Publications] Y.Noguchi et al.: "Defect Engineering for Control of Polarization Properties in SrBi_2Ta_2O_9"Jpn.J.Appl.Phys.. 41Part(11B). 7062-7075 (2002)
[Publications] M.Takahashi et al.: "Electrical Conduction Mechanism in Bi_4Ti_3O_<12>"Jpn.J.Appl.Phys.. 41Part(11B). 7053-7056 (2002)
[Publications] Y.Noguchi et al.: "Lattice Distortion and Ferroelectric Properties in Pb-substituted SrBi_2Ta_2O_9"J.Ceram.Soc.Jpn.. 110(11). 999-1024 (2002)
[Publications] 宮山勝: "セラミック工学ハンドブック第2版基礎1編3.3(固体・気体界面)"技報堂. 4 (2002)
[Publications] 宮山勝: "グリーンマテリアルテクノロジー13章(セラミックスのグリーン化-非鉛系強誘電体・圧電体-)"講談社. 11 (2002)

2002 Fiscal Year Annual Research Report

層状結晶格子を利用した非鉛系強誘電機能材料の設計

Principal Investigator

宮山 勝 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (20134497)

Research Products

[Publications] T.Watanabe et al.: "Effect of Co-substitution of La and V in Bi_4Ti_3O_<12> Thin Films on the Low-temperature Deposition"Appl.Phys.Lett.. 80(1). 100-102 (2002)

[Publications] T.Watanabe et al.: "Preparation and Characterization of a-and b-axis-oriented Epitaxially Grown Bi_4Ti_3O_<12>-based Thin Films with Long-range Lattice Matching"Appl.Phys.Lett. 81(9). 1660-1662 (2002)

[Publications] T.Watanabe et al.: "Large Remanent Polarization of Bi_4Ti3_O_<12>-based Thin Films Modified by the Site engineering Technique"J.Appl.Phys.. 92(3). 1518-1521 (2002)

[Publications] Y.Noguchi et al.: "Defect Engineering for Control of Polarization Properties in Bismuth Layer-structured Ferroelectrics"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 27(1). 235-238 (2002)

[Publications] M.Takahashi et al.: "Electrical Conduction of Bi_4Ti_3O_<12> Ceramics Sintered under Various Oxygen Partial Pressures"Trans.Mater.Res.Soc.Jpn.. 27(1). 231-234 (2002)

[Publications] Y.Noguchi et al.: "Bismuth Layer-structured Ferroelectrics with Cation Vacancies"Key Eng.Mater.. 228-229(CSJ-9-10). 223-226 (2002)

[Publications] Y.Goshima et al.: "Dielectric and Ferroelectric Anisotropy of Intergrowth Bi_4Ti_3O_<12>-PbBi_4Ti_4O_<15> Single Crystals"Appl.Phys.Lett.. 81(12). 2226-2228 (2002)

[Publications] Y.Noguchi et al.: "Defect Engineering for Control of Polarization Properties in SrBi_2Ta_2O_9"Jpn.J.Appl.Phys.. 41Part(11B). 7062-7075 (2002)

[Publications] M.Takahashi et al.: "Electrical Conduction Mechanism in Bi_4Ti_3O_<12>"Jpn.J.Appl.Phys.. 41Part(11B). 7053-7056 (2002)

[Publications] Y.Noguchi et al.: "Lattice Distortion and Ferroelectric Properties in Pb-substituted SrBi_2Ta_2O_9"J.Ceram.Soc.Jpn.. 110(11). 999-1024 (2002)

[Publications] 宮山 勝: "セラミック工学ハンドブック第2版基礎1編3.3(固体・気体界面)"技報堂. 4 (2002)

[Publications] 宮山 勝: "グリーンマテリアルテクノロジー13章(セラミックスのグリーン化-非鉛系強誘電体・圧電体-)"講談社. 11 (2002)

宮山勝東京大学, 生産技術研究所, 教授 (20134497)

[Publications] 宮山勝: "セラミック工学ハンドブック第2版基礎1編3.3(固体・気体界面)"技報堂. 4 (2002)

[Publications] 宮山勝: "グリーンマテリアルテクノロジー13章(セラミックスのグリーン化-非鉛系強誘電体・圧電体-)"講談社. 11 (2002)