半導体基板上に直接形成した強誘電性弗化物薄膜の配向制御とデバイス応用に関する研究

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今年度は、まず半導体基板としてSi基板を用い、Si基板上に堆積した強誘電性弗化物BaMgF_4薄膜の結晶配向性について検討した。Si基板としては、基板面方位が薄膜の配向性に与える効果を調べるために、(100)および(111)面方位の各基板を用いた。BaMgF_4薄膜の堆積には分子線結晶成長法を用いた。BaMgF_4膜の結晶化温度を調べるために堆積温度を変えた数種類の試料を作製し、その結果BaMgF_4膜の結晶化には400度以上の堆積温度が必要であることを明らかにした。堆積温度約500度で形成したBaMgF_4膜は、(100)面方位基板上では(011)配向、および(111)面方位基板上では(120)配向を示すことを明らかにした。またそれらの結果から、強誘電性弗化物BaMgF_4の分極軸であるa軸は、(100)面方位基板上では基板面に平行な方向にあるのに対して(111)面方位基板上では基板面に対して約51度の方向となることを明らかにした。さらにX線回折法およびラザフォード後方散乱法による評価により、これらの配向膜は、基板に対してエピタキシャルな関係をもって成長していることを確かめた。次に、強誘電性弗化物BaMgF_4/Si構造のデバイス応用について検討した。本年度は予備的な検討として、Al/BaMgF_4/Si構造のダイオードの電気的特性について検討を行った。抵抗率約3OMEGAcmのSi(111)基板上に、BaMgF_4(120)配向膜を厚さ約200nm堆積した。続いて薄膜上に直径200mumのAl電極を真空蒸着法を用いて形成した。作製したダイオードの容量-電圧測定を行ったところ、膜に発生した分極によるヒステリシス特性を観測した。また容量-電圧特性の形状から良好な絶縁体/半導体界面が形成されていることが明らかとなり、BaMgF_4/Si構造はデバイス応用上十分な特性を持つと結論された。