窒化アルミニウム基エピタキシャル薄膜を用いた強誘電性サイズ効果の解明

使用氮化铝基外延薄膜阐明铁电尺寸效应

• 批准号: 21H01617
• 负责人: 舟窪 浩
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01617/
• 关键词: 窒化アルミニウム; 強誘電性; サイズ効果; エピタキシャル膜

AlN[(Al,Sc)N]は、六方晶の対象中心の無いウルツ鉱構造を有し、膜厚300nmの分極軸であるc軸一軸配向膜について強誘電性が実験的に確認された。研究代表者は、この強誘電性の発現起源の違いがサイズ効果と深く関係しており、強誘電性の起源がHfO2に近い蛍石構造やウルツ鉱構造強誘電体では、サイズ効果はほとんど観察されないと考えている。本研究の目的は、巨大強誘電性を有するAlN基エピタキシャル膜を作成し、その巨大強誘電性の詳細な解析を行うことで、“サイズ効果”の起源を解明することである。本研究では、(Al,Sc)Nおよび(Ga,Sc)N膜を作成し、その強誘電性を調査した。(Al,Sc)Nでは基板から受ける応力によって薄膜化するほど結晶の異方性が大きくなり、結果として分極反転に必要な電界(Ec)は膜厚10nmまではより大きくなることが判明した。一方、残留分極値には大きな膜厚依存性は観察されなかった。結晶異方性と分極反転に必要な電界(Ec)を評価すると、膜厚にかかわらずEcは歪みで整理できることが明らかになった。このことは、 (Al,Sc)Nでは残留分極値およびEcは、歪が一定の場合には大きな膜厚依存性が観察されない可能性があることを示唆している。また、(Ga,Sc)N膜では、Ecの値は結晶異方性より膜中のSc/(Al+Sc)比により強く影響される可能性があることが示唆された。現在、(Al,Sc)Nと (Ga,Sc)N膜を統一的に理解可能な方法を検討中である。

AlN[(Al,Sc)N] has a hexagonal crystal structure with a polarization axis of 300nm and a strong inductive property of a c-axis alignment film. The representative of the study is to investigate the origin of the occurrence of strong electromagnetism in HfO2 near the middle of the stone structure and its structure. The purpose of this study is to analyze the formation of AlN based films with high electroconductivity, and to clarify the origin of the effect. In this study, we investigated the formation of (Al,Sc)N and (Ga,Sc)N films and their strong inductivity. (Al The film thickness of the substrate is 10nm, and the crystal anisotropy is large. As a result, the polarization field (Ec) is large. The dependence of film thickness on residual polarization is investigated. Crystallization anisotropy and polarization are necessary for the evaluation of the electrical boundary (Ec). (Al,Sc)N The Sc/(Al+Sc) ratio in Ga,Sc)N films is strongly influenced by the crystal anisotropy. At present,(Al,Sc)N and (Ga,Sc)N films are a unified understanding of possible methods for discussion.

项目成果

Downscaling and low temperature deposition of ferroelectric (Al1-xScx)N thin films deposited by dual sputtering

双溅射沉积铁电 (Al1-xScx)N 薄膜的缩小尺寸和低温沉积

• 发表时间: 2021
• 作者: Shinnosuke Yasuoka;Takao Shimizu;Masato Uehara;Hiroshi Yamada;Morito Akiyama;Yoshiomi Hiranaga;Yasuo Cho;and Hiroshi Funakubo
• 通讯作者: and Hiroshi Funakubo

薄膜化による(Al,Sc)N膜の結晶異方性及び強誘電特性の向上

通过薄膜减薄改善(Al,Sc)N薄膜的晶体各向异性和铁电性能

• 发表时间: 2022
• 作者: 安岡 慎之介;水谷 涼一;大田 怜佳;白石 貴久;清水 荘雄;安井 伸太郎;江原 祥隆;西田 謙;上原 雅人;山田 浩志;秋山 守人;今井 康彦;坂田 修身;舟窪 浩
• 通讯作者: 舟窪 浩

Enhancement of crystal anisotropy and ferroelectricity by decreasing thickness in (Al,Sc)N films

• DOI: 10.2109/jcersj2.21184
• 发表时间: 2022-07
• 期刊: Journal of the Ceramic Society of Japan
• 影响因子: 1.1
• 作者: Shinnosuke Yasuoka;R. Mizutani;Reika Ota;T. Shiraishi;Takao Shimizu;S. Yasui;Yoshitaka Ehara;K. Nishida;M. Uehara;Hiroshi Yamada;M. Akiyama;Y. Imai;O. Sakata;H. Funakubo

Lower ferroelectric coercive field of ScGaN with equivalent remanent polarization as ScAlN

ScGaN 的铁电矫顽场较低，剩余极化强度与 ScAlN 相当

• DOI: 10.35848/1882-0786/ac8048
• 发表时间: 2022
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Uehara Masato;Mizutani Ryoichi;Yasuoka Shinnosuke;Shimizu Takao;Yamada Hiroshi;Akiyama Morito;Funakubo Hiroshi
• 通讯作者: Funakubo Hiroshi

Demonstration of ferroelectricity in ScGaN thin film using sputtering method

使用溅射方法演示 ScGaN 薄膜的铁电性

• DOI: 10.1063/5.0068059
• 发表时间: 2021
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Masato Uehara;Ryoichi Mizutani;Shinnosuke Yasuoka;Takahisa Shiraishi;Takao Shimizu;Hiroshi Yamada;Morito Akiyama;and Hiroshi Funakubo
• 通讯作者: and Hiroshi Funakubo