MOCVD法による強誘電体ナノ構造の作製とその強誘電性の評価

MOCVD法制备铁电纳米结构及其铁电性评价

• 批准号: 13750282
• 负责人: 藤沢 浩訓
• 金额: $ 0.45万
• 依托单位: Himeji Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750282/
• 关键词: 強誘電体ナノ構造; エピタキシャル; 多結晶; MOCVD; 強誘電性; 臨界サイズ; 圧電応答顕微鏡; AFM; PFM

多結晶及び単結晶基板上においてMOCVD法による強誘電体ナノ構造の作製と評価を行うとともに,研究成果の総括を行った.以下にその概略を示す.1.単結晶及び多結晶基板上に作製したPZTナノ構造の強誘電性の観察(1)Pt/SiO_2/Si基板上に作製したPbTiO_3ナノ構造では,幅と高さをそれぞれ成長時間と成長温度により,個別に制御できた.成長温度390℃で作製したPbTiO_3ナノ構造のサイズは,幅30-70nm及び高さ1-7nm程度であった.圧電応答顕微鏡による観察から,最小で,幅38nm,高さ1.7nm,体積1.9×10^3nm^3のPbTiO_3ナノ構造が強誘電性を有することが明らかとなった.(2)Pt/SrTiO_3基板上では,基板の結晶方位が(110)及び(111)の場合,それぞれ棒状及び三角形状のエピタキシャルPbTiO_3ナノ構造が形成された.これらのナノ構造も強誘電性を示した.多結晶基板上の場合と異なり,エピタキシャルPbTiO_3ナノ構造は,基板から大きな応力を受けて変形し,バルクとは異なる結晶構造を持つことが明らかとなった.2.研究成果の総括各種多結晶及び単結晶基板上において強誘電体ナノ構造の作製を行ったところ,現象論から予測される強誘電性が安定に存在する臨界サイズ(〜10^3nm^3)とほぼ同サイズのPbTiO_3ナノ構造において,強誘電性の存在を実験的に明らかにすることができた.単結晶基板上では,基板の結晶方位により,強誘電体ナノ構造の形状や方向を揃えられる可能性があることがわかった.また,基板からの応力によりバルクと異なる結晶構造を持つことが見いだされ,強誘電性のみならず,ナノ構造特有の物性が発現する可能性が示唆された.さらにこれらの強誘電体ナノ構造を成長初期核として利用することにより,強誘電体Pb(Zr, Ti)O_3薄膜を400℃以下の低温で作製することに成功した.

The fabrication and evaluation of ferroelectric structures on multi-crystalline and multi-crystalline substrates by MOCVD method 1. Investigation of the strong conductivity of PZT structures fabricated on single crystal and polycrystalline substrates 1. PbTiO3 structures fabricated on Pt/SiO2/Si substrates with high amplitude and high growth time and temperature. The growth temperature is 390℃, and the structure of PbTiO_3 can be prepared at 30-70nm and 1-7nm. The voltage sensitive micromirrors have a minimum amplitude of 38nm, a height of 1.7 nm and a volume of 1.9× 10^3 nm. (2)Pt On SrTiO_3 substrate, when the crystal orientation of substrate is (110) and (111), the structure of PbTiO_3 is formed. The structure of the structure has strong electrical conductivity. 2. Research results include the fabrication of ferroelectric structures on polycrystalline and single-crystal substrates. Phenomenological theory predicts the existence of a critical mass (~ 10^3nm^3) and a critical mass (~ 10^3nm^3) of PbTiO_3. The crystal orientation of the substrate is different from that of the crystal orientation of the substrate. In addition, it is possible that the crystal structure of the substrate is maintained in the middle of the substrate, and the strong electric conductivity and the physical properties peculiar to the structure are discovered. In the early stage of the ferroelectric structure growth, the ferroelectric Pb(Zr, Ti)O_3 thin film was successfully prepared at low temperature below 400℃.

项目成果

M.Shimizu: "Crystalline and Ferroelectric Properties of Low-temperature Grown Pb(Zr, Ti)O_3 Thin Films by Metalorganic Chemical Vapor Deposition"Japanese Journal of Applied Physics. 41. 6686-6689 (2002)

M.Shimizu：“金属有机化学气相沉积低温生长Pb(Zr,Ti)O_3薄膜的晶体和铁电性能”日本应用物理学杂志。

藤沢 浩訓: "圧電応答顕微鏡による強誘電体Pb(Zr, Ti)O_3薄膜の分極反転過程の観察"材料. 51. 975-978 (2002)

Hironori Fujisawa：“利用压电响应显微镜观察铁电Pb(Zr,Ti)O_3薄膜的极化反转过程”材料51. 975-978 (2002)。

H.Fujisawa: "Observations of Initial Growth Stage of Epitaxial Pb(Zr, Ti)O_3 Thin Films on SrTiO_3(100) Substrate by MOCVD"Journal of Crystal Growth. (印刷中). (2002)

H.Fujisawa：“通过 MOCVD 在 SrTiO_3(100) 衬底上外延 Pb(Zr, Ti)O_3 薄膜的初始生长阶段的观察”晶体生长杂志（2002 年）。

M.Shimizu: "Ferroelectric Properties of Pb(Zr, Ti)O_3 Thin Films Prepared by Low-Temperature MOCVD Using PbTiO_3 Seeds"Journal of European Ceramic Society. (印刷中).

M. Shimizu：“使用 PbTiO_3 种子通过低温 MOCVD 制备 Pb(Zr, Ti)O_3 薄膜的铁电性能”欧洲陶瓷学会杂志（正在出版）。

M.Fujisawa: "Investigation of Polarization Switching Processes in Pb(Zr,Ti)O_3 Capacitors Using Piezoresponse Imaging"Ferroelectrics. (印刷中). (2002)

M.Fujisawa：“使用压电响应成像研究 Pb(Zr,Ti)O_3 电容器的极化切换过程”（出版中）。