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]具有没有六角靶中心的Wurtzite结构，并且在实验上证实了C轴单轴对齐膜的铁电性，这是一个极化轴，厚度为300 nm。研究人员认为，铁电性起源的差异与尺寸效应密切相关，并且在氟化物结构和wurtzite铁电极中很少观察到这种尺寸效应，其铁电性起源与HFO2接近HFO2。这项研究的目的是创建具有巨型铁电性的基于ALN的外延膜，并对其巨型铁电性进行详细的分析，以阐明“尺寸效应”的起源。在这项研究中，制备了（Al，SC）N和（GA，SC）N膜，并研究了其铁电特性。在（al，sc）n中，由于从底物收到的应力造成的薄膜越细，结果，晶体的各向异性变得越多，因此极化反转所需的电场（EC）的较大甚至更大，最大为10 nm厚。另一方面，在残留极化值上没有观察到较大的膜厚度依赖性。评估晶体各向异性和极化反转所需的电场（EC）表明，无论膜厚度如何，EC都可以通过失真进行排序。这表明对于（al，sc）n，在恒定应变的情况下可能不会观察到残留极化值和EC。还建议在（GA，SC）N膜中，EC值可能受到膜中SC/（Al+SC）比而不是晶体各向异性的强烈影响。当前，我们正在考虑一种可以用统一的方式来理解（AL，SC）N和（GA，SC）N膜的方法。

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

種々の電極を用いた(Al1-x,Scx)N薄膜の強誘電性評価

使用各种电极评估 (Al1-x,Scx)N 薄膜的铁电性

• 发表时间: 2022
• 作者: 大田怜佳;安岡慎之介;水谷涼一;白石貴久;舟窪浩
• 通讯作者: 舟窪浩