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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14479/
• 关键词: 強誘電体; 薄膜; エピタキシャル; エネルギー貯蔵; バッファ層; 反強誘電体; 超格子

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) を main と す る strong induced electricity body superlattice film と の constitute layer, バ ッ フ ァ layer の の alternate materials selected に group take り ん だ. Solid-state 応 method によ によ Sr(Zrx, Ti1-x)O3 (SZT), Sr(Zry, Ce1-y)O3 (SZC) and びSr(Cez) Ti1 - z) O3 (SCT) の セ ラ ミ ッ ク ス を as し, X-ray inflexion method (XRD) に よ る crystallization structure に よ り lattice constant of の dependency を survey し た. SZT, SZC <s:1> full rate solid solution たが, SCTで <s:1> SrTiO3とSrCeO3 <s:1> mixed phase となった. The <s:1> increase of the solid solution amount of SZTで and the に lattice determination が of 続 accompanied by た and 続 changes た た. Of above よ り SZT が suppression に よ り lattice constant が - adjustable may で あ り, バ ッ フ ァ layer お よ び superlattices の constitute material と し て could で あ る こ と が Ming ら か と な っ た. バ ッ フ ァ layer に Zr solid solution volume の different な る two の SZT か ら な る laminated structure を し, そ の を に BTO film film し た. パ ル ス レ ー ザ ー accumulation method (PLD) を い て, SrTiO3 (STO) (100) 単 crystal substrate に SZT バ ッ フ ァ layer, Ba0.4 Sr0.6 RuO3 (BSRO) thin film electrodes, strong BTO induced electricity body を into film し た. The upper electrode と て てPtを forms a film た, and the thin film キャパシタ sample を gets た. Very clear な points against planning は 観 measuring さ れ な か っ た も の の, determination of XRD に よ り substrate か ら の 応 force が ease さ れ た BTO film が エ ピ タ キ シ ャ ル growth し て い る こ と が confirm さ れ, バ ッ フ ァ layer が 応 force suppression に have sharper に function し て い る こ と が shown さ れ た. ま た superlattices constitute material の alternate と し て against strong electrical NaNbO3 lure セ ラ ミ ッ ク ス の as と electric 気 characteristics evaluation 価 に も group take り ん だ. Na サ イ ト を Ca に part replacement す る こ と に よ り と strong, strong anti induced electric phase induced electricity planning phase の reversible な electric field induced phase shift を be presently し た. Layer superlattice へ の against strong induced electric の import と 応 force suppression を group み close わ せ る こ と で, エ ネ ル ギ ー 蔵 storage density の upward が expect で き る と exam え て い る.

项目成果

欠陥制御を施したNaNbO3系反強誘電体セラミックスの作製と特性評価

缺陷控制NaNbO3基反铁电陶瓷的制备及性能评价

• 发表时间: 2022
• 作者: 阿蘇星侑;松尾拓紀;野口祐二
• 通讯作者: 野口祐二

ペロブスカイト型強誘電体における光電変換機能の向上に向けた材料設計

提高钙钛矿型铁电材料光电转换功能的材料设计

• 发表时间: 2023
• 作者: Masaru Fujibayashi;Yuki Nakano;Chisato Kato;Yoshiteru Amemiya;Akinobu Teramoto;and Sadafumi Nisihara;松尾拓紀
• 通讯作者: 松尾拓紀

エネルギー貯蔵用BaTiO3系強誘電体の欠陥制御

用于储能的 BaTiO3 基铁电体的缺陷控制

• 发表时间: 2022
• 作者: 福島迅;松尾拓紀;野口祐二
• 通讯作者: 野口祐二

Domain-engineered BiFeO3-based ferroelectrics with high-photocurrent anisotropy for visible-light polarization detection

用于可见光偏振检测的具有高光电流各向异性的域工程 BiFeO3 基铁电体

• 发表时间: 2022
• 作者: Hiroki Matsuo;Yuji Noguchi
• 通讯作者: Yuji Noguchi

ナノドメイン構造を有するBiFeO3系固溶体薄膜 における強誘電体光起電力効果

纳米域结构 BiFeO3 固溶体薄膜中的铁电光伏效应

• 发表时间: 2022
• 作者: 松尾 拓紀;野口;祐二
• 通讯作者: 祐二