強誘電体薄膜分極スイッチング過程の時間分解その場X線構造解析

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18310085
• Research Institution: Japan Synchrotron Radiation Research Institute
• Principal Investigator: 坂田 修身 Japan Synchrotron Radiation Research Institute, 利用研究促進部門・表面構造チーム, チームリーダー 主幹研究員 (40215629)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 舟窪 浩 東京工業大学, 総合理工学研究科, 准教授 (90219080) ; 木村 滋 財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 副主席研究員 (50360821) ; 矢橋 牧名 独立行政法人理化学研究所, X線自由電子レーザー計画推進本部利用グループ, 研究員 (00372144)
• Keywords: 放射光X線回折 / 構造と誘電率の同時測定 / 時分割測定 / X線マイクロビーム / 薄膜構造解析 / 大型放射光施設SPring-8 / 表面界面構造解析ビームラインBL13XU

Research Abstract

平成18年度に導入した100V高速パルス強誘電体分極評価装置とX線計測システムを平成19年度では立ち上げ、強誘電体薄膜がナノ秒オーダーのパルス電場によって誘起される格子の電気歪を放射光パルスX線回折測定によって検出できた。
SPring-8蓄積リングの"時計"であるRF信号を508MHzカウンターを介してパルス信号を高速パルス強誘電体分極評価装置は受けて試料へのナノ秒オーダーのパルス電場を印加した。これによって試料へのX線の入射のタイミングと同期した。
SrRu03薄膜(下部電極)上に有機金属気相成長法により作製した膜厚750nmの強誘電体単結晶薄膜Pb(Zr_<0.25>,Ti_<0.75>)O_3(PZT)を調べた。白金(直径100μm)の上部電極同士をプローバーと呼ばれる先端R 10μmの電極針で押さえ、幅200ns、周期約800nsのパルス電圧を試料に印加した。最初に波高30Vのパルスを印加し、PZT薄膜内にPr+の残留分極状態にした後、0,10,20,30,40,50,60,70V のそれぞれの波高について、PZT 004 回折付近でθ-2θスキャンし、時分割X線検出器を用いて回折X線強度を時間、角度の関数として記録した。この研究のために、X線マイクロビームを形成するとともに時間分解測定系も準備した。
電場印加時にPZT 004 主ピークは低角側にシフトした。また、低角側に別ピークを観察できた。これは、パルス電場に応じて、薄膜の格子に電気歪みが生じ、格子が伸張したことを意味する。上部電極一下部電極間の電圧25Vでは、主ピークから見積もられる歪量Δd/dは0.0004であった。得られた圧電定数d_<33>は13pm/Vであった。また、別ピークから得られた圧電定数d_<33>は約50pm/Vであった。2個のピークが現れた理由も含め、データを検討している。

Research Products

• [Journal Article] X-ray Reciprocal-Lattice Space Imaging Method for Quick analysis of Buried Crystalline Nanostructure-a Diffraction Method Fixed at an Angular Position (2008)
  • Author(s): O. Sakata, W. Yashiro, K. Sakamoto and K. Miki
  • Journal Title: The Transactions of Materials Research Society of Japan (Accepted)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X線逆格子イメージング法を用いた表界面ナノ構造評価 (2007)
  • Author(s): 坂田修身、吉本護、三木一司、中村将志、舟窪浩
  • Journal Title: 日本結晶学会誌 49 Pages: 292-299
  • Description: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [Journal Article] Structural characterization of Ar^+-irradiated SrTiO_3 showing room-temperature blue luminescence (2007)
  • Author(s): D. Kan, O. Sakata, S. Kimura, M. Takano, Y. Shimakawa
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. 46 Pages: 471-473
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 酸化物薄mlの界面研究の進展・実N化への観点からみた進展 (2007)
  • Author(s): 舟窪 浩、坂田修身、水谷惟恭
  • Journal Title: セラミックデータベース 35 Pages: 47-52
• [Presentation] その場X線回折法によるNiO薄膜から壁状構造への変化過程の活性化エネルギーの評価 (2007)
  • Author(s): 坂田修身、松田晃史、吉本 護
  • Organizer: 日本結晶学会2007年度年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 大岡山キャンパス
  • Year and Date: 20071201-02
  • Description: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [Presentation] Strained-relaxed Novel Domain Structure of Epitaxially Grown Pb(Zr, Ti) O_3 Thick Films by Metal Organic Chemical Vapor Deposition (2007)
  • Author(s): H. Funakubo, H. Nakaki, R. Ikariyama, S. Yokoyama, Y.-K. Kim, K. Nishida, K. Saito, O. Sakata and S. Kimura
  • Organizer: 2007 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Boston, MA, U.S.A
  • Year and Date: 20071126-30