エピタキシャル方位制御を基本思想とする強誘電体の薄膜化による物性変化と高機能化

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電圧、強誘電性等の機能を有するセラミックス材料は、その機能に大きな異方性があるために結晶方位の選択が重要となる。しかしながらこれらを薄膜として用いる場合には、通常基板が決った時点で薄膜のエピタキシャル方位関係が決ってしまい、任意の(最大物性値の得られる)結晶方位を選択できないと考えられている。これは、もし薄膜が平衡状態で成長するのであればエピタキシャル方位関係は界面エネルギーで記述されるものに決定されるために、一意的に決ってしまうと言う事である。この様な問題点に対して、申請者らはABO_3型強誘電体薄膜を用いてサファイア基板上でエピタキシャル方位の制御に取り組み、R面サファイア基板上で二種類の成長方位を有するLiNbO_3とLiTaO_3薄膜の作成に成功した。R面サファイア基板上では、従来両薄膜ともに(012)方位での成長しか報告がなかったが、今回の検討で新しく(100)LiNbO_3(110)LiNbO_3の方位を有して成長したエピタキシャル薄膜を作成することに成功し、カチオン比および酸素八面体の結合の自由度を考慮した成長メカニズムを提唱した。また、新しく見つかったエピタキシャル膜のエピタキシャル方位関係、結晶性が界面のクーロンポテンシャルによって説明できるとを計算機シミュレーションによって明らかにした。さらに、今回の申請において最も重要である高機能化という点に対して、これらの新しく見つかったエピタキシャル膜が表面弾性波デバイスにとって有利な方位であることを表面弾性波のデバシスシミュレーションによって明らかにした。