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Development of ferroelectric superlattice thin films for next-generation energy storage devices

开发用于下一代储能器件的铁电超晶格薄膜

基本信息

批准号：
22K14479
负责人：
松尾拓紀
金额：
$ 3万
依托单位：
Kumamoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

BaTiO3 (BTO)を主とする強誘電体超格子薄膜の構成層と、バッファ層の候補材料の選定に取り組んだ。固相反応法によりSr(Zrx, Ti1－x)O3 (SZT)、Sr(Zry, Ce1－y)O3 (SZC)及びSr(Cez, Ti1－z)O3 (SCT)のセラミックスを作製し、X線回折（XRD）法による結晶構造解析により格子定数の組成依存性を調査した。SZT、SZCは全率固溶したが、SCTではSrTiO3とSrCeO3の混相となった。SZTではZr固溶量の増加に伴い、連続的に格子定数が変化した。以上よりSZTが組成制御により格子定数が変調可能であり、バッファ層および超格子の構成材料として有望であることが明らかとなった。バッファ層にZr固溶量の異なる2種のSZTからなる積層構造を採用し、その上にBTO薄膜を成膜した。パルスレーザー堆積法（PLD）を用いて、SrTiO3 (STO) (100)単結晶基板上にSZTバッファ層、Ba0.4Sr0.6RuO3(BSRO)薄膜電極、BTO強誘電体薄膜を成膜した。上部電極としてPtを成膜し、薄膜キャパシタ試料を得た。明確な分極反転は観測されなかったものの、XRD測定により基板からの応力が緩和されたBTO薄膜がエピタキシャル成長していることが確認され、バッファ層が応力制御に有効に機能していることが示された。また超格子構成材料の候補として反強誘電性NaNbO3セラミックスの作製と電気特性評価にも取り組んだ。NaサイトをCaに部分置換することにより、反強誘電相と強誘電相の可逆な電場誘起相転移を実現した。超格子への反強誘電体層の導入と応力制御を組み合わせることで、エネルギー貯蔵密度の向上が期待できると考えている。

BaTiO3 (BTO) is the main component layer of the strong dielectric superlattice thin film and the selected candidate material for the バッファ layer. Solid phase reaction method Sr(Zrx, Ti1-x)O3 (SZT), Sr(Zry, Ce1-y)O3 (SZC) and Sr(Cez, Ti1-z)O3 (SCT) のセラミックスを production, X-ray refractory (XRD) method, crystal structure analysis, lattice determination and composition dependence investigation. SZT and SZC are fully solid solution, SCT is a mixed phase of SrTiO3 and SrCeO3. For SZT, the amount of solid solution of Zr is increased and the fixed number of the grid is changed. The above よりSZTが composition controls the によりlattice fixed number and can be adjusted to であり, バッフThe material that constitutes the super lattice of the ァlayer is the であることが明らかとなった. The バッファlayer has a different Zr solid solution content and has a laminated structure of 2 types of SZT, using a BTO film and a BTO film. The パルスレーザーdeposition method (PLD) uses SZT バッファ layer on a single crystal substrate of SrTiO3 (STO) (100), Ba0.4Sr0.6RuO3 (BSRO) thin film electrode, and BTO strong dielectric thin film to form a film. The upper electrode was made of Pt film, and the thin film Pt sample was obtained. Clear polarization reaction measurement, XRD measurement, substrate strength, and relaxation of BTO film The growth of the ピタキシャルしていることがconfirmationされ, and the バッファlayer force control function is effective and the function is shown された. Candidates for the superlattice composition material, NaNbO3 anti-strong electro-resistance, were produced and evaluated on electrostatic properties by the company. Partial replacement of Nataru's Ca, reverse strong electromagnetic phase and strong electromagnetic phase, reversible electric field induced phase shift, and phase shift. The introduction of the super lattice anti-strong dielectric layer and the resistance force control group are combined, and the storage density is high and the expectations are high.