2015 Fiscal Year Annual Research Report
Si基板上への理想配向PZT系単結晶薄膜の形成とそのMEMSへの適用可能性の実証
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25286033
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
田中 秀治 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00312611)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 慎哉 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30509691)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 圧電薄膜 / エピタキシャル成長 / PZT / MEMS / バッファ層 / キュリー点 / スパッタリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，Si基板上に高い圧電定数と低い誘電率を両立するPZT系単結晶薄膜を成長させ，これまでにない高性能のトランスデューサ薄膜を得ることである。成膜方法はスパッタ法であるが，研究代表者らが見出した「急冷法」を用いて，従来は不可能であった理想的な配向制御を行う。さらに，得られたPZT系単結晶薄膜の実用性を実証するため，MEMS構造を作製し，プロセスダメージ等について調査し，それを防ぐ方法を開発する。
昨年度までの研究によって，高い圧電定数，低い誘電率，それらから導かれる極めて大きなFigure of Merit（FOM），バルク材料のそれより大幅に高いキュリー点など，これまでに実現されていない応用上極めて優れた特性を確認した。MEMS加工前後でPZT単結晶膜がプロセスダメージを受けないことも確認した。このように，当初研究計画を前倒しで達成できた。
ここまでPZTのバッファ層としてPLD（Pulse Laser Deposition）によって成膜したYSZ/CeO2/LSCO/SROを用いていたが，PLDは基礎研究には便利であるものの，実用上は望ましくない。本年度はバッファ層をスパッタ成膜する研究に取り組み，6インチウェハ上でのエピタキシャル成長を確認できた。また，電気抵抗を下げるため，酸化膜バッファ層を金属バッファ層に代える挑戦にも成功し，これら2つの成果はPZT単結晶膜をMEMSセンサに応用するにあたって重大な進歩である。
さらに，PZTより高い圧電性を示すPMN-PTにも開発した成膜法を適用し，エピタキシャル成長を確認した。PMN-PTはキュリー点の低さが実用上の問題であるが，この材料でもキュリー点の大幅な上昇を確認でき，これは実用性を強く期待させる重大な成果である。
最後に，多くの成膜実験を行う中，研究代表者らが考えていた急冷法によるc軸配向のメカニズムが正しいことも証明されたと考えている。
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] K. Wasa, H. Hanzawa, S. Yoshida, S. Tanaka, H. Adachi, T. Matsunaga, Structure and Ferroelectric Properties of High TcBi(Me)O3-PbTiO3 Single Crystal Thin Films2015
Author(s)
K. Wasa, H. Hanzawa, S. Yoshida, S. Tanaka, H. Adachi, T. Matsunaga
Organizer
IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectric (ISAF)
Place of Presentation
Singapore
Year and Date
2015-05-24 – 2015-05-27
Int'l Joint Research
