強誘電体微細構造の形成と不揮発性微小メモリ効果の実現

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2年度目の本年度は、初年度からの研究結果を踏まえて、研究を進めた。強誘電体微小構造メモリを実現するためには、結晶粒径が大きく、結晶性の良好で、かつ平坦な表面を持つ強誘電体薄膜を得ることが重要である。前年度までにこの目標を達成できなかったため、今年度も引き続き、強誘電体薄膜の分子線エピタキシ-法の研究を進めた。前年度は、シリコン基板上にCeO_2をバッファ層としてPb(Zr,Ti)O_3(PZT)薄膜をエピタキシャル成長する実験を行ってきたが、エピタキシャル膜の高品質化を目標に、本年度はバッファ層としてY_2O_3を採用した。基板にはSi(111)を用い、Y_2O_3バッファ層成長の原料としてはY_2O_3ペレットを、PZT強誘電体膜の原料にはZrO_2/TiO_2焼結体とPbOを用いた。最初に、Y_2O_3バッファ層をSi(111)基板上に基板温度600-800℃で成長したところ、YS_2O_3(111)の単一配向膜が得られることが分かった。また同時に、Si基板との界面に問題があることが明らかとなった。次に成長後に酸素雰囲気中で900℃のポストアニールを行ったところ、Si基板との界面特性も良好なY_2O_3膜の成長に成功した。これをバッファ層に用いて、強誘電体薄膜PZTを作製し、容量-電圧(C-V)特性を評価したところ、PZT強誘電性に起因するヒステリシスループが観測され、メモリウインドウは1.5Vに達した。以上より、微小メモリへ応用するための基礎となる強誘電体エピタキシャル成長膜が得られた。また、走査型トンネル顕微鏡を用いた測定から、強誘電体膜の平坦性を改善することが必要であることが明らかとなった。