ゾル-ゲル法による緩和型強誘電体薄膜の調製

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本研究では、緩和型強誘電体薄膜のアルコキシド法による新規調製法の開発を目指した。マグネシウムニオブ酸鉛や亜鉛ニオブ酸鉛のような熱力学的に不安定なペロブスカイト相の安定化をゲルのもつ高い自由エネルギーによって達成させ、ペロブスカイト構造に由来する優れた誘電あるいは電歪特性を発現させることを試みた。その結果、以下のことが明らかとなった。1.この系の薄膜用前駆体溶液の調製には、酸化鉛用前駆体溶液の調製方法が重要である。これは、酸化鉛前駆体溶液中での鉛前駆体オリゴマーの重合度が低い場合には、薄膜前駆体ゲル調製後の仮焼により鉛成分が著しく揮発しやすいためであることが明らかとなった。2.マグネシウムニオブ酸鉛のように、比較的ペロブスカイト構造が安定な薄膜では、多結晶薄膜中の結晶粒径サイズを大きくすることが、高いペロブスカイト生成率を達成するために重要であった。3.ペロブスカイト相の核形成や成長を促進するために、種々の種結晶層を基板上にあらかじめ作製した後に目的の緩和型強誘電体薄膜をコーティングしたところ、種結晶層としてはペロブスカイト構造を有し格子定数が近い相を用いることが有効であることがわかった。4.核形成を容易にするために、目的とするペロブスカイト相薄膜の層間に前項で有効と思われた種結晶層を挿入して多層化することで,より低温でペロブスカイト化することがわかった。以上の結果から、今後単層の種結晶層のみにより低温でペロブスカイト相単相の強誘電体薄膜の形成を可能とし、得られた薄膜の電気的性質を測定することができると期待される。また、亜鉛成分とマグネシウム成分の固溶によるキュリー温度の制御の可能性も示唆された。