有機強誘電体超薄膜の構造制御と局所強誘電物性の解明、及び光・電子素子への応用

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本年度は、昨年度の研究で強誘電性を新たに見出したフッ化ビニリデン(VDF)オリゴマー蒸着薄膜の電気的特性を、各種測定法を用いて詳細に渡り追跡した。VDFオリゴマーの成膜時の基板温度を液体窒素で低温化することで、金属基板表面上に強誘電性を発現する薄膜の作製が可能であることを利用し、様々な膜厚の薄膜の形成、及びその電気的特性の膜厚依存性を評価した。その結果、膜厚500nmの試料で、130mC/m^2という大きな残留分極量を示したのに対し、膜厚を100nm以下まで減少させることで、残留分極量の低下、D-Eヒステリシスカーブの形状の変化などが観測された。従来、そのソフトな表面ゆえに、高電界印加に耐えうる上部電極の作製が困難であった有機強誘電体蒸着膜において、本研究のように、良質な上部電極の形成と電気的特性の測定に成功した例は非常に少ない。また、上記の結果は膜厚の減少に伴う、強誘電物性における有限サイズ効果の兆候を示している可能性がある。また、500nm厚のVDFオリゴマー蒸着膜の焦電電流測定を行った結果、40℃における焦電係数が-70μC/m^2Kと、有機強誘電体の中でも最高レベルの値を示した。また、厚さ100nmの試料においても同様に焦電電流の観測に成功した。このVDFオリゴマーは、焦電係数が大きいだけでなく、比誘電率が小さく(約10程度)、蒸着による薄膜化(すなわち薄膜の熱容量の低減)にも適しているため、焦電型赤外線センサにおける性能指数の改善に大きく貢献できることが示された。この事から、高感度検出並びに低コストでの作製が可能な赤外線センサへの応用が大いに期待される。