ナノ構造を有する酸化物高誘電物体材料の合成プロセスと物性

纳米结构氧化物高介电材料的合成工艺及物理性能

• 批准号: 05750667
• 负责人: 本間 格
• 金额: $ 0.58万
• 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: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750667/
• 关键词: 強誘電体薄膜; MOCVD; SrTiO_3; PbTiO_3

MOCVD法を用いてSiあるいはPt基板上にPbTiO_3、SrTiO_3薄膜を合成した。有機金属の供給原料ガスとしてSr(DPM)_2、Pb(DPM)_2とTi(DPM)_2(iPr)_2を用い、酸素と混合させ加熱基板上に堆積させる。本研究では反応条件により膜構造(配向性、結晶粒径、膜厚)を変化させる手法の確立と膜構造と誘電率との関係を明らかにすることを目的とした。実験は基板温度600℃から750℃で蒸発器温度はPb原料130℃から165℃、Ti原料115℃から140℃、ガス流量はそれぞれPb(70sscm)、Ti(30sscm)、O2(200sscm)で行った。各成膜条件で得られたPbTiO_3膜の粒子径は膜厚の増加により大きくなるが同一温度では成膜速度に依存しない。これは2次核発生が少なく基板上の1次核の成長により膜構造が形成されるためと考えられる。また広い温度領域でPbTiO_3膜が作成でき、成膜温度を下げると結晶粒の形態が変化することが分かった。供給の際PbとTiの原料モル比をTi過剰にすると(110)、(101)面に配向した膜がPb過剰にすると(100)、(001)面に配向した膜が得られ、また、配向性は原料供給比を変化させることによりコントロールされる。誘電物性に関して、まずI-V測定測定の結果ではPbTiO_3薄膜は10^<10>〜10^<11>OMEGAcmの絶縁性であることがわかった。また誘電率の膜厚依存性を検討したところ、膜厚を4mumから1mumに薄くしていくにつれ200から100程度に減少し、基板との界面に低誘電率の層が存在することが示唆された。またCV測定においてヒステリシスが観測され、強誘電体酸化物薄膜が作成されていることが確認された。

使用MOCVD方法在SI或PT底物上合成PBTIO_3和SRTIO_3薄膜。 SR（DPM）_2，Pb（DPM）_2和Ti（dpm）_2（IPR）_2用作有机金属含量的进料气体，并与氧气混合并沉积在加热的基板上。这项研究旨在建立一种根据反应条件改变膜结构（方向，晶粒尺寸，膜厚度）的方法，并阐明膜结构与介电常数之间的关系。实验是用600°C至750°C的底物温度进行的，蒸发剂温度为130°C至165°C，Ti材料从115°C至140°C，气体流速为70SSCM，Ti（30sscm），以及O2（200SSCM），以及O2（200SSCM）。在每个膜形成条件下获得的PBTIO_3膜的颗粒直径随厚度的增加而增加，但在相同的温度下，它不取决于膜的形成速率。这被认为是因为次要核的产生较少，并且膜结构是由底物上原核的生长形成的。还发现可以在较宽的温度范围内形成PBTIO_3膜，并且当膜形成温度降低时，晶体晶粒的形态会发生变化。当Pb和Ti的原材料摩尔比在进食过程中过高时，如果PB与Ti的原材料摩尔比过度增加，并且如果在（101）平面上定向的膜过多增加，则获得（001）平面上的膜，并通过更改原料供应率来控制方向。首先，关于介电性能，I-V测量结果表明PBTIO_3薄膜具有10^<10> -10^<11> omegacm的绝缘性能。此外，当检查了介电常数的膜厚度依赖性时，建议将膜厚度从4MUM降低到1MUM，从200到100降低到100，这表明与底物的界面处存在低介电常数的层。此外，在CV测量中观察到滞后，并证实形成了铁电氧化物薄膜。