任意の特性を発現する新規ハフニア基強誘電体の創生

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これまで、HfO2基強誘電体の特性を制御するためにカチオン(Y, Zr, Ta)やアニオン(N)を置換した膜を作成したが、強誘電相である直方晶相を作成することが非常に困難であった。そこで、製膜時の大きな運動エネルギーにより非平衡相を生成することが確認されているスパッタリング法を用いて、HfO2基膜の結晶構造の制御を行った。本研究ではRFマグネトロンスパッタを用いて、YSZ111およびITO/YSZ111基板上にエピタキシャル成長した7%のYをドープしたHfO2膜（YHO7）を室温で成膜した。成膜時のRFパワー（10~150W）や雰囲気（ArやO2）を変化させることで、結晶構造を正方晶相、直方晶相、単射晶相に制御することに成功した。これらの結果は他の組成においても応用できる可能性があり、今後他組成でも安定して直方晶相を生成させ、元素置換による材料の特性変化を系統的に調査することが可能であると考えられる。また、スパッタ法を用いることで、室温で強誘電性を有する膜の作製に成功した。この結果は耐熱性の低いガラス基板上や有機フレキシブル基板上での膜作成が可能であり、ウェアラブルデバイスへの応用など新たな応用展開に期待ができる結果である。また、膜厚や組成（YHO7とHf0.5Zr0.5O2）によるキュリー点の変化を観察した。キュリー点は強誘電性が失われる温度であり、温度安定性の観点から重要である。YHO7膜の場合、膜厚の低下はキュリー点の低下につながった。これは表面エネルギー効果により、直方晶相の高温の正方晶相の安定性が高くなったと推測される。一方で約5 nmの膜厚でも昇温時のキュリー点は350℃以上であり、HfO2基強誘電体がどの膜厚範囲においても高い温度安定性を有することを見出した。また、組成をYドープからZrドープに変化させることにより、キュリー点を150℃上げることに成功した。