走査型複合プローブ顕微鏡を用いた強誘電体薄膜のナノレベル評価による劣化現象の解明

使用扫描复合探针显微镜对铁电薄膜进行纳米级评估，阐明降解现象

• 批准号: 09750361
• 负责人: 藤沢 浩訓
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Himeji Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750361/
• 关键词: 強誘電体薄膜; MOCVD; PZT; 劣化現象; SPM; 結晶粒; 結晶粒界; 単結晶; 疲労特性; 相互拡散

マクロレベルの電気的特性に加え,走査型複合プローブ顕微鏡(SPM)によりナノレベルの電気的特性を測定・評価することにより,強誘電体メモリーの実用化における最大の問題点である各種の劣化現象を解明・克服することを目的として研究を推進するとともに研究成果の総括を行った。以下に本研究で得られた知見をまとめる。(1) AFMによる電流同時測定において結晶粒界を流れるリーク電流が明確に観察された試料とほとんど観察されなかった試料の結晶粒,結晶粒界の構造観察・組成分析をTEM,EDXを用いて行った。リーク電流が多い試料では結晶粒界及び下部電極界面近傍の組成が正規組成から大きくずれていることがわかった。一方,リーク電流の少ない試料では柱状の結晶粒が密に詰まっており,結晶粒内部・結晶粒界の組成はほぼ正規組成であった。これらのことから,結晶粒界及び下部電極界面における異相がリーク電流の増大を招いていることが明らかになった。(2) MOCVD原料の純度がPZT薄膜の電気的特性に及ぼす影響について調べた。その結果,MOCVD原料を高純度化することでPZT薄膜の劣化現象が抑制できることがわかった。(3) SPMによる電気的特性の測定及び上記(1),(2)に示した研究成果から結晶粒界の排除及びMOCVD原料の高純度化により特性の向上が期待できるという知見が得られた。そこで高純度MOCVD原料を用いて単結晶PZT薄膜の作製を行い,多結晶PZT薄膜との比較のもとにその電気的特性の膜厚依存性を評価し,結晶粒界の影響について調べるとともに単結晶化の有効性を検証した。その結果,結晶粒界を持たない単結晶PZT薄膜は多結晶膜に比べその電気的特性の膜厚依存性が小さく,分極反転の繰り返しに伴う劣化の度合いも小さかった。したがって強誘電体薄膜の劣化現象の克服には単結晶化が非常に有効であると結論できた。

マ ク ロ レ ベ ル の electrical characteristics of 気 に え, composite プ walkthrough ロ ー ブ 顕 micro mirror (SPM) に よ り ナ ノ レ ベ ル の electrical characteristics of 気 を determination, evaluation of 価 す る こ と に よ り, strong electricity body メ lure モ リ ー の be in turn に お け る の biggest problem point で あ る を interpret various の degradation phenomenon, overcome す る こ と を purpose と し を て research advance す る と と も に Research results: 総 in を lines った. The following に the で findings of this study をまとめる. (1) the AFM に よ る current simultaneous determination に お い て crystallization LiJie を flow れ る リ ー ク current が clear に 観 examine さ れ た sample と ほ と ん ど 観 examine さ れ な か っ た sample の of crystals, crystal LiJie の tectonic 観 examine を TEM, composition analysis, EDX を with い て line っ た. リ ー ク current が い more sample で は crystallization LiJie and び bottom electrode interface composed nearly alongside の が formal of か ら big き く ず れ て い る こ と が わ か っ た. Side, リ ー ク less current の な い sample で は columnar の crystals が dense に wall ま っ て お り, crystals, internal crystallization, LiJie の composition は ほ ぼ formal composition で あ っ た. こ れ ら の こ と か ら, crystallization and LiJie び bottom electrode interface に お け る phase-out が リ ー ク の raised large current を recruit い て い る こ と が Ming ら か に な っ た. (2) The <s:1> purity of MOCVD raw materials が the characteristics of the <s:1> electrical conductivity of PZT films に and ぼす their influence on the に, and て regulation べた. そ の results, MOCVD materials を high purity す る こ と で PZT thin film の degradation phenomenon が inhibit で き る こ と が わ か っ た. (3) the SPM に よ る electric characteristics of 気 の determination and び written (1), (2) に shown し た research か ら crystallization LiJie の exclusion and び MOCVD materials の high purity に よ り features の upward が expect で き る と い う knowledge が must ら れ た. そ こ で high purity MOCVD materials を with い て 単 crystallization line を い the PZT thin film の cropping systems, many crystal PZT thin film と の is の も と に そ の characteristics of electricity 気 の film thickness dependence を review 価 し, crystallization LiJie の influence に つ い て adjustable べ る と と も に 単 crystallization の have sharper sex を 検 card し た. そ の results, crystallization LiJie を hold た な い 単 PZT thin film more than は crystallization membrane に than べ そ の characteristics of electricity 気 の film thickness dependence が small さ く, polarization reverse planning の Qiao り return し に with う degradation の degrees or い も small さ か っ た. Youdaoplaceholder0 The degradation phenomenon of the strong inducer film <e:1> overcomes に 単 単 crystallization が is very に effective であると conclusion で た た た た た.

项目成果

Masaru Shimizu et.al: "Influence of the Purity of Source Precursors on the Electrical Properties of Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films Prepared by Metalorganic Chemical Vapor Deposition" Japanese Journal of Applied Physics. 37. 5132-5136 (1998)

Masaru Shimizu 等人：“源前体纯度对金属有机化学气相沉积制备的 Pb(Zr,Ti)O_3 薄膜电性能的影响”日本应用物理学杂志。

Masaru Shimizu et.al: "Refinement of Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films Grown by MOCVD" Proceedings of 11th International Symposium on Applications of Ferroelectrics. (印刷中).

Masaru Shimizu 等人：“通过 MOCVD 生长的 Pb(Zr,Ti)O_3 薄膜的细化”第 11 届国际铁电体应用研讨会论文集（正在出版）。

Hironori Fujisawa et.al: "Control of Grain Size of Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films by MOCVD and the Effect of Size on the Electrical Properties" Meterial Reseach Society Symposium Proceedings. (印刷中).

Hironori Fujisawa 等人：“MOCVD 控制 Pb(Zr,Ti)O_3 薄膜的晶粒尺寸以及尺寸对电性能的影响”材料研究协会研讨会论文集（正在出版）。

Masaru Shimizu et al.: "Pb(Zr,Ti)O_3 thin film deposition on Ir and IrO_2 electrodes by MOCVD" Proceedings of 9th International Meeting of Ferroelectricty. (印刷中). (1997)

Masaru Shimizu 等人：“通过 MOCVD 在 Ir 和 IrO_2 电极上沉积 Pb(Zr,Ti)O_3 薄膜”第 9 届国际铁电会议论文集（1997 年）。

Hironori Fujisawa et.al: "Dependence of Electrical Properties of Pb(Zr,Ti)O_3 Thin Films on the Grain Size and Film Thickness" Proceedings of 11th International Symposium on Applications of Ferroelectrics. (印刷中).

Hironori Fujisawa 等人：“Pb(Zr,Ti)O_3 薄膜的电性能对晶粒尺寸和薄膜厚度的依赖性”第 11 届国际铁电体应用研讨会论文集（正在出版）。