強誘電性液晶ディスプレイ用酸化亜鉛バリスタ薄膜材料の開発

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現在製品化されている強誘電性液晶ディスプレイは数100万個の液晶素子それぞれにサージ機能を付与するためにコストが大きくなる欠点を有しているため、サージ素子としてバリスタ薄膜を用いる提言が成されている。これに要求される特性は酸化亜鉛バリスタ薄膜材料が実現に一番近い材料と考えられる。この薄膜の構造を制御し、多層化によりバリスタ電圧を制御し、各層の組成の最適化を計ることにより低抵抗化することが期待できる。本研究はZnO/Pr_6O_<11>多層膜を作製し、要求を満たす特性を有する酸化亜鉛バリスタ薄膜を開発することを目的とし、成膜プロセスにおける酸素ガス圧制御が抵抗、膜構造および相の安定性を左右することから、酸素ガス圧条件を詳細に検討し最適化を計り、また多層化させることによりバリスタ電圧を制御し、また実用化要求である膜厚200nm以下の構造を検討し、以下の結果を得た。レーザーアブレーション法を用いて作製したZnO/Pr_6O_<11>多層膜明瞭なバリスタ特性を示し、そのバリスタ電圧Vbは0.15〜0.30,非線形係数αは2.5〜4.3の値を示し、低電圧バリスタとなることが判明した。さらに膜厚を[ZnO/Pr_6O_<11>]=250Å/250Åとした薄膜試料においてもバリスタ特性を示すことが判明した。さらに、大きなバリスタ電圧Vb電圧を有する薄膜として本研究ではBaTiO_3薄膜にも注目した。本系薄膜は電極界面にバリスタの発現機構を有することから、BaTiO_3層を減少させることが可能である。これより、元来誘電率の大きなBaTiO_3を、超薄膜化することにより、誘電率を下げ電極をAlとすることにより3V以上のバリスタ電圧Vb電圧を有する薄膜が得られた。