特異な層状構造を利用したビスマス層状強誘電体の材料設計

采用独特层状结构的铋层状铁电材料的材料设计

• 批准号: 12750595
• 负责人: 野口 祐二
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 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: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750595/
• 关键词: 強誘電体; 結晶構造; 残留分極; 抗電界; ビスマス層状構造強誘電体; 格子欠陥; 空孔; リートベルト解析; 不揮発性メモリー; 分極疲労

次世代のコンピュータに搭載されるメモリとして、強誘電体メモリが期待されている。これは、DRAMのキャパシタの部分を強誘電体で置き換えたものであり、電圧をオフにしても電荷が蓄えられるという強誘電体の分極特性を利用した究極の不揮発性メモリとして位置づけられている。強誘電体には、大きい分極をもつこと、低い電圧で動作すること、電圧の反転により分極が劣化しないことが要求される。現在もっとも有望な強誘電体は、Bi層状構造をもつSrBi_2Ta_2O_9(SBT)である。しかし、残留分極値が小さいという欠点がある。Bi層状構造強誘電体は、酸化ビスマス層とペロブスカイト層が交互に積層した層状構造を持つ。この申請研究では、Bi層状構造強誘電体の特殊な層状構造を利用した新たな材料設計指針の確立を目的として、基礎研究を行った。本申請者は、Bi層状構造強誘電体に属するBi_4Ti_3O_<12>(BIT)において、欠陥の制御により従来の3倍もの巨大なP_r(非鉛系層状構造強誘電体で世界最高値:P_r≒21μC/cm^2)を達成した。BITにおいて得られるP_rが小さかったのは、ドメイン壁に局在するBi空孔一酸素空孔の複合欠陥が、電界によるドメイン壁の移動を妨げるピニング中心として働くためであることを突き止めた。Tiよりも価数の大きいVおよびWの微量添加により、移動度の大きい酸素空孔の低減をはかると同時に、陽イオン空孔-置換イオンダイポールの形成という秩序欠陥の制御により、強誘電特性が飛躍的に改善された。格子欠陥を、電子・原子レベルでの秩序構造を考慮して積極的に導入・利用するという欠陥エンジニアリング(本申請者が提案)により、鉛を含まない強誘電体で、PZTに匹敵する分極特性が初めて得られた。

The next-generation <s:1> コ ピュ ピュ ピュ タに タに タに タに タに タに is equipped with されるメモリと て て and strong inductors メモリが are expected to されて されて る る. こ れ は, DRAM の キ ャ パ シ タ の を strong electric lure body で buy き in え た も の で あ り, electricity 圧 を オ フ に し て が も charge storage え ら れ る と い う strong electricity body の lure polarization characteristics を using し た ultimate の don't swing 発 sex メ モ リ と し て position づ け ら れ て い る. Strong electricity body に lure は, big き い points very を も つ こ と, low い 圧 で action す る こ と, electricity 圧 の inverse planning に よ り points very が degradation し な い こ と が requirements さ れ る. Now, っと っと is expected to have な strong inducers な, Bi layered structures を っと SrBi_2Ta_2O_9(SBT)である. The residual polar value が is small さ と と う is short がある. The Bi layered structure is characterized by strong inducers such as <s:1>, acidification ビス, ス layers とペロブスカ, ト layers が, interactive に accumulation, た, and layered structure を holding た. こ の application research で は, Bi layered structure strong electricity body の special lure を な layered structure using し た new た な material design pointer の establish を purpose と し て, basic research を っ た. The applicants は, Bi layered structure strong electricity body に belong to lure す る Bi_4Ti_3O_ < 12 > (BIT) に お い て, owe 陥 の suppression に よ り 従 3 times to の も の huge な P_r (non lead series of layered structure strong electricity body で lure on the world's highest numerical: P_r ≒ 21 mu C/cm ^ 2) を reached し た. BIT に お い て have ら れ る P_r が small さ か っ た の は, ド メ イ ン wall に bureau in す る Bi element の empty hole empty hole a acid compound owe 陥 が, electricity industry に よ る ド メ イ ン wall の mobile を hinder げ る ピ ニ ン グ center と し て 働 く た め で あ る こ と を tu き check め た. Ti よ り も の 価 number big き い V お よ び W の micro-adding に よ り, mobile の big き い acid element empty hole の low cut を は か る と に at the same time, Yang イ オ ン empty hole - replacement イ オ ン ダ イ ポ ー ル の form と い う order owe 陥 の suppression に よ り, strong electrical characteristics lure が leap に improve さ れ た. Grid owe 陥 を, electronic, atomic レ ベ ル で の order tectonic を consider し て positive に import, use す る と い う owe 陥 エ ン ジ ニ ア リ ン グ が proposal (applicants) に よ り, lead を ま な い strong electricity body で lure, PZT に match す る polarization characteristics of early が め て must ら れ た.

项目成果

Yuji Noguchi: "Large remanent polarization of vanadium-doped Bi_4Ti_3O_<12>"Applied Physics Letters. 26. 1903-1905 (2001)

Yuji Noguchi：“钒掺杂 Bi_4Ti_3O_<12> 的大剩余极化”应用物理快报。

Yuji Noguchi: "Defect Control for Large Remanent Polarization in Bismuth Titanate Ferroelectrics- Doping Effect of Higher-Valent Cations"Japanese Journal of Applied Physics (Express Letters). 39. 1259-1262 (2000)

野口雄二：“钛酸铋铁电体中大剩余极化的缺陷控制 - 高价阳离子的掺杂效应”日本应用物理学杂志（快报）。

Y.Noguchi,M.Miyayama,T.Kudo: "Analysis of Crystal Structure by the Rietveld method and Ferroelectric Properties of Sr_<1-x>Bi_<2+x>Ta_2O_9"Key Engineering Materials. 181-182. 209-212 (2000)

Y.Noguchi、M.Miyayama、T.Kudo：“Rietveld 法分析晶体结构及 Sr_<1-x>Bi_<2x>Ta_2O_9 的铁电性能”关键工程材料。

Yuji Noguchi: "Direct evidence of A-site-deficient strontium bismuth tantalate and its enhanced ferroelectric properties"Physical Review B. 63(6). 214102-1-214102-5 (2001)

Yuji Noguchi：“A 位缺陷钽酸锶铋及其增强的铁电性能的直接证据”物理评论 B. 63(6)。

Y.Noguchi,M.Miyayama,T.Kudo: "Ferroelectric properties of intergrowth Bi_4Ti_3O_<12>-SrBi_4Ti_4O_<15> ceramics"Applied Physics Letters. 77. 3639-3641 (2000)

Y.Noguchi、M.Miyayama、T.Kudo：“共生 Bi_4Ti_3O_<12>-SrBi_4Ti_4O_<15> 陶瓷的铁电性能”应用物理快报。