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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。

The main part of BaTiO3 (BTO) is to strengthen the superlattice thin film of electronics, and to select the device for the selection of materials. Sr (Zrx, Ti1-x) O3 (SZT), Sr (Zry, Ce1-y) O3 (SZC) and Sr (Cez, Ti1-z) O3 (SCT) were analyzed by solid phase contrast method, and X-ray back-analysis (XRD) method was used to analyze the lattice data. SZT, SZC, solid solution, SCT, SrTiO3, SrCeO3, miscible phase. SZT's Zr solid solution content plus the lattice fixed number of the companion and link. The above SZT system is used to determine the size of the grid, and it is expected that the super lattice will be used as a material. The content of Zr solid solution, the amount of BTO solid solution, the amount of BTO solid solution, the amount of solid solution. The thin films of SZT thin films, Ba0.4Sr0.6RuO3 (BSRO) films and BTO thin films were deposited on the crystal substrates of SrTiO3 (STO), SZT (BSRO) and BTO (BSRO). The upper part of the cathode plays an important role in the formation of the Pt film, and the thin film is used in the production of the film. It is very important to make sure that the mechanical properties of the substrate and the growth of the BTO film are determined by the XRD test. The superlattice is formed into a material waiting for use. The electrical NaNbO3 is used to reverse the electrical properties of the materials. Some of the Na thermal Ca devices are designed to improve the performance, reverse the phase and strengthen the electrical phase, and the reversible electrical phase can be realized by phase shift. The superlattice system is used to control the mechanical properties of the system, and the density is expected to increase.