室温合成可能な新規単純化合物強誘電体群の開拓

开发一组可在室温下合成的新型简单铁电化合物

• 批准号: 22K18307
• 负责人: 舟窪 浩
• 金额: $ 16.56万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18307/
• 关键词: 室温合成; 単純構造強誘電体; 反応層フリー特性

本研究の目的は、超低消費電力で動作しCO2削減の切り札となる革新的強誘電体デバイスを実現するために、これまで不可能とされてきた室温合成可能な単純化合物強誘電体群を開拓することである。研究代表者は、陽イオンが１種類で結晶構造がシンプルな単純化合物(AXやAX2)であれば、結晶化のエネルギー障壁が低く合成時の劇的な低温化が可能ではないかとの着想を得た。本研究では、蛍石構造のHfO2基強誘電体とウルツ鉱構造のAlN基強誘電体を中心として結晶構造由来の強誘電性では不可能とされてきた、従来の常識を打破する“室温合成が可能な新規単純化合物強誘電体群”を開拓する。本年度は、蛍石構造を有するHfO2基薄膜(YO1.5-ZrO2-HfO2組成)について、RFマグネトロンスパッタリング法を用いて非加熱での種々の組成の薄膜合成を、種々の基板上に試みた。その結果、以下を得た。１　得られた薄膜は成膜後の熱処理なしでも結晶化しており、その構成相は室温合成後に900℃以上に加熱して得られる相と基本的には同じであった。このことは、構成相は主に膜組成で決定されていることを示唆している。２　広い組成範囲で強誘電性が確認された。膜のZr/(Zr+Hf)比が大きくなると強誘電性が得られるY/(Hf+Zr+Y)比は小さくなった。３　非加熱で作成した薄膜でも高温で熱処理した膜と同様に、電界誘起による結晶構造相転移が観測された。また、電界誘起で強誘電相が得られる組成でも薄膜の強誘電性が確認された。

The purpose of this study is to explore the possibility of synthesizing pure compound ferroelectric compounds at room temperature, and to develop innovative ferroelectric materials for ultra-low power consumption and CO2 reduction. The research representative found that the crystal structure of the pure compound (AX2) is different from that of the pure compound (AX2), and the crystallization barrier is different from that of the pure compound (AX 2). In this study, HfO2-based ferroelectric materials of HfO2-based structure and AlN-based ferroelectric materials of HfO2-based structure were synthesized at room temperature. This year, HfO2-based thin films (YO1.5-ZrO2-HfO2 composition) were synthesized by RF microfabrication method without heating, and the composition of the thin films was tested on substrates. The results are as follows. 1. Heat treatment after thin film formation: crystallization: composition phase: room temperature synthesis: heating: above 900℃: basic phase: crystallization: above 900℃. The composition of the membrane is determined by the composition of the membrane. 2. The composition of the medium is strongly inductive and confirmed. The Zr/(Zr+Hf) ratio of the film is larger than that of the film, and the Y/(Hf+Zr+Y) ratio is smaller than that of the film. 3. The phase shift of crystalline structure due to non-heating, high temperature, heat treatment, film homogenization and electric field induction The strong inductivity of the thin film was confirmed by the strong inductivity of the thin film.

项目成果

Lower ferroelectric coercive field of ScGaN with equivalent remanent polarization as ScAlN

ScGaN 的铁电矫顽场较低，剩余极化强度与 ScAlN 相当

• DOI: 10.35848/1882-0786/ac8048
• 发表时间: 2022
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Uehara Masato;Mizutani Ryoichi;Yasuoka Shinnosuke;Shimizu Takao;Yamada Hiroshi;Akiyama Morito;Funakubo Hiroshi
• 通讯作者: Funakubo Hiroshi

Systematic Investigation of Ferroelectric Properties in x%YO1.5-(100-x%)Hf1-yZryO2 Films

系统%20调查%20of%20铁电%20性质%20in%20x%YO1.5-(100-x%)Hf1-yZryO2%20薄膜

• DOI: 10.1021/acsaelm.2c01658
• 发表时间: 2023
• 期刊: ACS Applied Electronic Materials
• 影响因子: 4.7
• 作者: Mimura Takanori;Tashiro Yuki;Shimizu Takao;Funakubo Hiroshi
• 通讯作者: Funakubo Hiroshi

Tunable Ferroelectric Properties in Wurtzite (Al0.8Sc0.2)N via Crystal Anisotropy

通过晶体各向异性可调节纤锌矿 (Al0.8Sc0.2)N 的铁电性能

• DOI: 10.1021/acsaelm.2c00999
• 发表时间: 2022
• 期刊: ACS Applied Electronic Materials
• 影响因子: 4.7
• 作者: Yasuoka Shinnosuke;Mizutani Ryoichi;Ota Reika;Shiraishi Takahisa;Shimizu Takao;Uehara Masato;Yamada Hiroshi;Akiyama Morito;Funakubo Hiroshi
• 通讯作者: Funakubo Hiroshi

Ferroelectricity of 20-nm Thick (Al0.8Sc0.2)N Thin Films with TiN Electrodes

带 TiN 电极的 20 nm 厚 (Al0.8Sc0.2)N 薄膜的铁电性

• 发表时间: 2022
• 作者: Ota Reika;Yasuoka Shinnosuke;Mizutani Ryoichi;Shiraishi Takahisa;Kakushima Kuniyuki;Funakubo Hiroshi
• 通讯作者: Funakubo Hiroshi

正方晶Pb(Zr,Ti)O3薄膜における圧電特性の膜厚依存性

四方 Pb(Zr,Ti)O3 薄膜压电性能的厚度依赖性

• 发表时间: 2023
• 作者: 茶谷那知;平井浩司;安岡慎之介;岡本一輝;舟窪浩
• 通讯作者: 舟窪浩