バイタルセンシングを志向したニューロモルフィック電子強誘電体ゲートFETの開発

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超高感度THz電磁波検出器の開発を目的とした電子強誘電体型ゲートFETの作製に向けて、本年度はパルスレーザー堆積法を用いた電子強誘電体YbFe2O4薄膜の作製に主に取り組んだ。本物質は成長過程におけるFe の再蒸発のため単結晶において最大20%、薄膜においては最大 70％もの鉄欠損が生じるなどの問題が顕在化している。この問題の解決には、Fe 活性種の供給を増加することが必要だが、レーザーエネルギーを増加させると、O活性種の供給が大幅に増大し、YbFe2O4の形成に必要な Fe2+の形成を阻害してしまう。そこで、より精密なO活性種の制御のため、発光分光分析を用いて 原料セラミックターゲットからアブレーションされたプラズマプルーム内の原子状活性種量を、in-situ 測定することで評価した。レーザー照射面積の増大に伴い、基板に供給されるFe/Yb活性種強度比がYb過剰に変化することが明らかとなった。基板表面にFe活性種を多く供給するため、レーザー光をよく絞り、照射面積が小さい条件で製膜を行った結果、YbFe2O4 薄膜の単相成長に成功した。EPMA測定による試料組成評価の結果、プラズマプルームに含まれるFe/Yb活性種強度比の増大に伴い薄膜中のFe/Yb組成が増大することが示唆された。しかし、レーザー光をよく絞った条件下では、Fe/Yb組成のばらつきが大きくなった。そこで、活性種分布を測定したところ、プラズマプルームの中央部には、原子量で比較すると Fe 原子 の約 3 倍もの重量をもつ Yb 原子が多く分布していることが明らかとなった。各蒸発種はアブレーション時に原子・分子レベルにまで分解しており、カチオンごとに飛散角度分布が異なる。したがって、重量の小さいFe原子が基板表面に到達することが困難になっていることが、本薄膜作成過程におけるFe欠損の原因であることが示唆された。