室温合成可能な新規単純化合物強誘電体群の開拓

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。

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。