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

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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。