粒界修飾によるBL型BaTiO_3薄膜キャパシタの高誘電率化とその機構の解明

絶縁体のエピタキシャル成長BaTiO_3薄膜はMOCVD法により作成した。合成温度は730℃で、Ba(DPM)_2-Ti(O・i-C_3H_7)_4-Oの原料ガス系から合成した。基板には耐還元性に優れた(100)MgO単結晶基板を用いた。得られた薄膜は膜厚が約1μmで(100)BaTiO_3//(100)MgOの関係を有してエピタキシャル成長しており、その比誘電率約300であった。半導体化は絶縁体のBaTiO_3薄膜の表面にLa等の添加剤を塗布し、H_2を5%含んだN_2還元雰囲気下、650℃以上で処理することで行った。Laを塗布した薄膜は、塗布しない薄膜より低い抵抗率となったが、空気中ではLaの塗布に関わらず半導体化しなかつた。処理温度の上昇に伴って抵抗率は減少し、1200℃の処理によって抵抗率が約1Ω・cmでキャリア密度が10^<18>cm_<-3>台のn型半導体薄膜が得られた。この抵抗率の値はこれまで報告されている薄膜中で最も低いものの約100分の1であり、焼結体の値とほぼ一致している。また、薄膜はこの処理を施して半導体化した後でも、エピタキシャル成長を維持し、平滑な表面を有していた。得られた半導体薄膜の粒界絶縁化は、半導体薄膜内へのBi元素の拡散により試みた。薄膜表面の一部に蒸着したBi金属を200℃空気中で酸化することでBi_2O_3膜を表面に作成した。この薄膜を500℃空気中で処理した。この結果、Bi_2O_3を表面に載せた部分を介すると電圧-電流特性に非直線が見られた。Bi_2O_3を載せない部分では非直線性は確認できないことから、この非直線性は膜内にBi元素が拡散したことに依ると考えられる。この結果は粒界がBi元素によって修飾された可能性を示唆している。

絶縁体のエピタキシャル成長BaTiO_3薄膜はMOCVD法により作成した。合成温度は730℃で、Ba(DPM)_2-Ti(O・i-C_3H_7)_4-Oの原料ガス系から合成した。基板には耐還元性に優れた(100)MgO単結晶基板を用いた。得られた薄膜は膜厚が約1μmで(100)BaTiO_3//(100)MgOの関係を有してエピタキシャル成長しており、その比誘電率約300であった。半導体化は絶縁体のBaTiO_3薄膜の表面にLa等の添加剤を塗布し、H_2を5%含んだN_2還元雰囲気下、650℃以上で処理することで行った。Laを塗布した薄膜は、塗布しない薄膜より低い抵抗率となったが、空気中ではLaの塗布に関わらず半導体化しなかつた。処理温度の上昇に伴って抵抗率は減少し、1200℃の処理によって抵抗率が約1Ω・cmでキャリア密度が10^<18>cm_<-3>台のn型半導体薄膜が得られた。この抵抗率の値はこれまで報告されている薄膜中で最も低いものの約100分の1であり、焼結体の値とほぼ一致している。また、薄膜はこの処理を施して半導体化した後でも、エピタキシャル成長を維持し、平滑な表面を有していた。得られた半導体薄膜の粒界絶縁化は、半導体薄膜内へのBi元素の拡散により試みた。薄膜表面の一部に蒸着したBi金属を200℃空気中で酸化することでBi_2O_3膜を表面に作成した。この薄膜を500℃空気中で処理した。この結果、Bi_2O_3を表面に載せた部分を介すると電圧-電流特性に非直線が見られた。Bi_2O_3を載せない部分では非直線性は確認できないことから、この非直線性は膜内にBi元素が拡散したことに依ると考えられる。この結果は粒界がBi元素によって修飾された可能性を示唆している。