放射光X線回折によるSi基板上エピタキシャル圧電薄膜の圧電主要因子の解明

利用同步辐射X射线衍射阐明硅衬底上外延压电薄膜的主要压电因素

• 批准号: 21K14200
• 负责人: 譚 ゴオン
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka Prefecture University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 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-21K14200/
• 关键词: 圧電薄膜; エピタキシャル成長; 放射光X線回折測定; 結晶構造解析; MEMSデバイス; 非鉛圧電薄膜材料

本研究は、これまでに研究例の少ないSi基板上のエピタキシャル圧電薄膜の圧電応答について、微視的・巨視的な特性の両方を明らかにし、圧電特性に寄与する結晶学的な因子を明らかにすることを目的としている。R4年度は、R3年度の放射光XRD測定で得られた結果を基に、スパッタリング法やゾルゲル法を用いてSi基板上に様々なZr/Ti組成比のチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）薄膜を作製し、その圧電特性を評価した。異なる組成比で作製したPZT薄膜は異なる結晶構造を示していた。また酸化ジルコニアのバッファ層付きSi基板上に成膜することで、エピタキシャル成長させることにも成功した。得られた圧電薄膜に対して、正圧電効果および逆圧電効果の両方の手法で圧電特性を調査した結果、特に正圧電効果においてはエピタキシャル薄膜のほうが、結晶配向を制御していないランダムな多結晶薄膜に比べて数倍高い圧電定数を示すことを明らかになった。また複雑な真空装置を必要としないゾルゲル法でもスパッタリング法で作製した薄膜に匹敵するほどの大きな圧電定数が得られることを明らかにした。デバイスの試作においても、安定した性能を示していた。これらの新しく得られた結果については、論文投稿および国際学会を含む学会で成果発表を行っている。一方で、スパッタリング法を使って人工超格子構造の薄膜を作製したり、ゾルゲル法を用いて組成比の異なる多層構造薄膜を作製して特異な機能発現を狙う研究についても現在取り組んでいる。

In this study, the voltage response characteristics of thin films on Si substrates, Weishi app and macroscope were studied. In R4 and R3, the emission XRD measurement results were based on the Zr/Ti composition ratio and the piezoelectric characteristics of PZT thin films prepared on Si substrates by the Si/Ti method. Different composition ratio of PZT thin film is different from crystal structure. The film was successfully formed on the silicon substrate. The results of the investigation of the voltage characteristics of the positive and negative voltage films were obtained, and the crystal orientation of the positive and negative voltage films was determined. The voltage characteristics of the films were several times higher than that of the polycrystalline films. The vacuum device is necessary for the production of thin films. The test results show that there is no stability in the test results. The results of this research are published in the journal International Society for Science and Technology. A method of manufacturing artificial superlattice thin films by using different composition ratios and multi-layer thin films is proposed.

项目成果

Si基板上エピタキシャルゾルゲル Pb(Zr,Ti)O3薄膜の作製

Si衬底上外延溶胶-凝胶Pb(Zr,Ti)O3薄膜的制备

• 发表时间: 2022
• 作者: 金山 裕一;權 相曉;譚 ゴオン;神野 伊策
• 通讯作者: 神野 伊策

Piezoelectric properties of Pb(Zr,Ti)O3 artificial superlattice thin films

Pb(Zr,Ti)O3人造超晶格薄膜的压电性能

• 发表时间: 2021
• 作者: G. Kimura;S. H. Kweon;G. Tan;and I. Kanno
• 通讯作者: and I. Kanno

PZT人工超格子薄膜の作製とその圧電特性

PZT人工超晶格薄膜的制备及其压电性能

• 发表时间: 2021
• 作者: 木村 剛基;權 相曉;譚 ゴオン;神野 伊策
• 通讯作者: 神野 伊策

Characterization of vacuum ultraviolet-irradiated surface modification of CoO(111) crystal by low-energy atom scattering spectroscopy

• DOI: 10.1116/6.0001971
• 发表时间: 2022-12
• 期刊: Journal of Vacuum Science & Technology A
• 作者: G. Tan;H. Fukuta;K. K. H. De Silva-K.;A. Matsuda;M. Yoshimura;M. Yoshimoto;K. Umezawa

Crystal structure and piezoelectric properties of lead-free epitaxial (K,Na)NbO₃ thin films grown on Si substrates

Si衬底上无铅外延(K,Na)NbO₃薄膜的晶体结构和压电性能

• DOI: 10.1063/5.0110135
• 发表时间: 2022
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Tanaka Kiyotaka;Kawata Yoshiyuki;Kweon Sang Hyo;Tan Goon;Yoshimura Takeshi;Kanno Isaku
• 通讯作者: Kanno Isaku