誘電体分極-磁性スピン相関を利用した多値記憶不揮発性メモリ材料の積層構造の検討

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ペロブスカイト型酸化物(ABO_3)は、主にBサイトの遷移金属元素の種類によって、強誘電性、強磁性、超伝導など、多彩な物性を示すことで知られている。これらの物質群を原子、分子層レベルで組み合わせることにより,これまでにない機能を持った新規な材料の創製が期待される.本研究では,情報の多値化記憶を可能にするような不揮発性メモリの創製を目指し,新物質の探索と要素機能の検討を行った.本年度は,強磁性と強誘電性を持つ新物質の探索とSi基板上への酸化物膜のエピタキシャル成長の2点について具体的検討をすすめた.材料系としては,BaFe(Ti)O_3/BaZrO_3,(Y_<1-x>Yb_x)MnO_3/Y_2O_3等の物質群に注目した.誘電体分極と磁性スピン間の相互作用を発現させることを意図し,PLD法によりSrTiO3_(111)、(001)単結晶基板上へBaFeO_3エピタキシャル薄膜の合成を試みた.基板温度700℃、酸素分圧10mTorrの条件で製膜し,その後オゾンを含む酸素雰囲気(分圧:100mTorr)で室温まで冷却することにより,いずれの基板上に対しても,非常に表面平坦性のよいエピタキシャル膜を合成することができた.(111),(100)基板上に作成した膜は,それぞれ六方晶,立方晶の構造を有していることを示唆する結論が得られた.合成した膜は室温においても,残留磁化と保磁力をもつ強磁性的な挙動を持つと同時に,誘電率がε=50程度の常誘電体であることがわかった.(111)Si基板上に(Y_<1-x>Yb_x)MnO_3をエピタキシャル成長させるため,バッファー層としてY_2O_3を適応することを検討した.製膜時の酸素分圧を2段階に制御することで,界面SiO_2層がほとんど無い結晶性のすぐれたエピタキシャルY_2O_3/Siキャパシタ膜を作製することができた.