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歪制御した強誘電体薄膜の圧電特性とＭＥＭＳ超音波トランスデューサへの応用

应变控制铁电薄膜的压电特性及其在MEMS超声换能器中的应用

基本信息

批准号：
15J12596
负责人：
苅谷健人
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J12596/
关键词：
圧電強誘電体ドメインプローブ顕微鏡 MEMS 薄膜センサ

项目摘要

強誘電体薄膜の圧電応答は、分域内の自発分極の伸縮と回転に加え、分域壁の運動や振動が重畳した複雑なものである。これらの寄与を包括的に理解し最適化する方法の確立は、高効率な圧電MEMS素子の開発に有効であると期待できる。本研究では非鉛強誘電体薄膜として期待されているBiFeO3薄膜の正圧電特性の微視的解析に取り組んだ。開発した正圧電応答顕微鏡(DPRM)と従来の圧電特性評価手法を組み合わせることで、本年は以下の成果を得た。1) DPRMと従来の顕微鏡手法(PFM)の比較からDPRMはナノスケールレベルの空間分解能を有していることが明らかになった。また、DPRMとPFMでは同一の分域パターンが観察される一方で、大きな正圧電応答を有する分域と逆圧電応答を有する分域は相互排他的な関係にあることも明らかになった。2) 巨視的-微視的領域間の正圧電特性の比較と有限要素法によるDPRMの出力特性の解析結果から、DPRMを用いた正圧電特性の定量解析が可能であることが示唆された。3) PFMを用いて精密に分域構造を決定する方法を確立し、DPRMと組み合わせることで、正圧電応答への分域構造の寄与について詳細に解析した。BiFeO3薄膜中に形成される数種類の分域壁の内、膜厚方向に傾斜した71°分域壁の近傍で大きな正圧電応答が得られることが分かり、71°分域壁を有する分域の正圧電応答は有さない分域と比較して最大で40%程大きくなること、71°分域壁密度の増大によりBiFeO3薄膜の電気機械結合係数をさらに向上できる可能性を見出した。これらの結果は圧電MEMS素子応用に向けた強誘電体薄膜の開発だけでなく、圧電応答の発現機構の解明や鉛系強誘電体における大きな圧電応答の起源の解明においても大きく貢献するものである。

The strong dielectric thin film is able to respond to the pressure of electricity, the expansion and contraction of the self-divided poles within the domain, and the movement and vibration of the domain wall can be repeated. This includes the understanding and optimization of the method, the establishment of the method, and the development of high-efficiency MEMS elements and the expectation of effective and effective ones. In this study, we are looking forward to analyzing the microscopic analysis of the positive voltage characteristics of BiFeO3 thin films. We have developed a high-voltage electromagnetic micromirror (DPRM) and a high-voltage electrochemical characteristic evaluation method, and have achieved the following results this year. 1) DPRM is a comparison of micromirror technique (PFM).また、DPRMとPFMでは Same subdomain パターンが観看される一 Party で、大きな正徧电濜Answerを有する区とcounter-pressure electricity 応Answer を有する区は mutually exclusive relationship にあることも明らかになった. 2) Comparison of positive voltage characteristics between macroscopic and microscopic fields and analytical results of output characteristics of DPRM using the finite element method are possible. Quantitative analysis of positive voltage characteristics using DPRM is possible. 3) PFM uses a precise domain structure and determines the method and establishes it, DPRM uses a group structure, and a positive electric field structure and a detailed analysis are used. In the BiFeO3 film, there are several types of partitions formed in the wall, and the film thickness direction is tilted to 71°. The wall is close to the wall and the pressure is high. The answer is the right pressure. The electric circuit has a zoning and comparison method, a maximum of 40%, and a 71° zoning wall density. The possibility of increasing the electro-mechanical bonding coefficient of the BiFeO3 thin film has been improved.これらのRESULTS: High-pressure MEMS elements use high-voltage dielectric thin films and high-voltage electric devices. The origin of the lead-based strong dielectric における大きな姧电応answer is explained by the contribution of においても大きく.