Construction of ferroelectric nano-dot and their size effect investigation by scanning probe microscopy.

铁电纳米点的构建及其尺寸效应的扫描探针显微镜研究。

基本信息

批准号：
16F16018
负责人：
田中秀和
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-10-07 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16F16018/
关键词：
プローブ顕微鏡ナノドットナノピラー酸化物誘電体半導体 PFM C-AFM C－AFM

项目摘要

自己組織化的に形成された３次元的機能性酸化物ナノ構造に対して、走査型プローブ顕微鏡（ピエゾレスポンス顕微鏡(PFM）電気伝導度評価原子間力顕微鏡（cAFM）など)により、ナノスケール物性評価を行い、そのナノサイズ効果を明らかにすることを目的とする。自己組織化強誘電体/圧電対BiFeO3ナノドット、圧電体 ZnO/半導体NiOナノピラー構造を対象に、超微細3Dテンプレート基板とパルスレーザ蒸着法による自己組織化相分離結晶成長を組み合わせることにより、サイズ・形状が任意に規定されたナノ構造を形成する。得られたナノ構造に対し、その機能物性のサイズ依存性評価を明らかにし、形状設計による物性を制御向上させ、次世代ナノデバイス展開への知見を得る。今年度は、レーザMBE薄膜成長法により、逐次自己ナノ相分離を進行させることにより、酸化物ナノ構造母相中に形状を制御して成長させる。対象として、特に太陽電池応用が期待されるZnO/NiOナノピラーを選定し、X線構造解析により、両相が良好な結晶性を有して成長していることを確認した。走査型電子顕微鏡により数10nmスケールでナノドット、ナノピラー構造が形成されていることを確認した。さらに原子間力顕微鏡（AFM）をベースとしたピエゾレスポンス顕微鏡(PFM）により、ZnOマトリックス部分が圧電性を有し、NiOピラー部分が非圧電性であること、電気伝導度評価原子間力顕微鏡（c-AFM）により、ZnOマトリックス部分が半導体的、NiOピラー部分が非常に高抵抗であることを明らかにした。さらに作製条件を変化させ、高酸素雰囲気下では ZnOマトリックス部分の電気伝導度が減少し、NiOナノピラー部分が低抵抗化することを見出し、整流特性を確認した。これまで両相は大きな電気抵抗差を有していたが、同程度の抵抗率を実現でき自己組織化酸化物半導体デバイス形成を実現する有力な手掛かりとなる。

这项研究的目的是使用扫描探针显微镜（例如Piezoresponse显微镜（PFM）电导率评估原子力显微镜（CAFM））评估自组装三维功能氧化物纳米结构的纳米级物理性质。 By combining ultrafine 3D template substrates and self-assembled phase-separated crystal growth using pulsed laser deposition, nanostructures with arbitrary size and shape are formed, using a self-assembled ferroelectric/piezoelectric pair BiFeO3 nanodots and piezoelectric ZnO/semiconductor NiO nanopillar structures.评估所获得的纳米结构的功能特性的尺寸依赖性，并通过形状设计控制和改进物理特性，并获得了下一代纳米版本的知识。今年，激光MBE薄膜生长方法涉及顺序的自纳希酶分离，该分离控制氧化物纳米结构矩阵的形状。作为一个目标，选择了ZnO/Nio纳米（特别期望在太阳能电池中使用），X射线结构分析证实，这两个相都具有良好的结晶度。已经证实，使用扫描电子显微镜以几十nm的尺度形成了纳米模特和纳米木结构。 Furthermore, a piezoresponse microscope (PFM) based on an atomic force microscope (AFM) revealed that the ZnO matrix portion is piezoelectric, the NiO pillar portion is non-piezoelectric, and an electrical conductivity evaluation atomic force microscope (c-AFM) revealed that the ZnO matrix portion is semiconducting and the NiO pillar portion is很高。此外，更改了制造条件，发现在高氧气大气下，ZnO基质部分的电导率降低，并且Nio纳米柱的耐药性降低，从而确保了整流特性。到目前为止，这两个阶段都具有较大的电阻差，但是它们是实现相似电阻率和自组装氧化物半导体器件的有前途的线索。