レーザラマン分光法による強誘電体薄膜成長その場観察と配向性制御

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本研究は、次世代のメモリーとして注目されているFeRAM(強誘電体不揮発性メモリー)の材料として注目されている強誘電体の配向性制御成長を目的に行った。レーザラマン分光装置を"その場観察"装置として用いるプラズマCVD(化学気相成長)装置を世界に先駆けで作製した。まず、作製した成長装置を用いて強誘電体材料PbTiO_3(チタン酸鉛)の構成元素であるTiO_2薄膜の"その場観察"成長を行なった。成長初期の非常に薄い膜厚(約27Å)からラマン信号が観察された。"その場観察"ラマン信号から薄膜が成長初期のアモルファス状態から徐々に結晶化が進んでゆく様子が明らかになり、得られた酸化チタンの結,晶系はアナターゼ型をしていることがわかった。さらに、シリコン基板上への酸化チタンの成長では、その成長初期に原料であるチタンと基板であるシリコンが反応してチタンシリサイドが形成され、その上に堆積される酸化チタンとの接着材のような働きをすることがわかった。またラマン信号から薄膜は、圧縮応力を成長初期から受けていることがわかった。膜厚の増加とともに応力が薄膜中に堆積し、格子緩和により応力が緩和している様子が明らかになった。次に、強誘電体材料PbTiO_3(チタン酸鉛)の"その場観察"成長を行った。特に、基板であるMgOや下部電極であるPtの配向面を変えて薄膜の配向面及び薄膜中に導入される応力の大きさを変化させて実験を行った。PTO(001)/Pt(100)/MgO(100)の時、薄膜に強誘電性が確認された。またPTO(100)/Pt(111)NgO(100)の時、常誘電性を示すが,非常に大きな誘電率を持つことがわかった。PTO(111)/Pt(111)・MgO(100)の時も同様に、常誘電体になることが分かった。