窒化アルミニウム基エピタキシャル薄膜を用いた強誘電性サイズ効果の解明

使用氮化铝基外延薄膜阐明铁电尺寸效应

• 批准号: 21H01617
• 负责人: 舟窪 浩
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01617/
• 关键词: 窒化アルミニウム; 強誘電性; サイズ効果; エピタキシャル膜

AlN[(Al,Sc)N]は、六方晶の対象中心の無いウルツ鉱構造を有し、膜厚300nmの分極軸であるc軸一軸配向膜について強誘電性が実験的に確認された。研究代表者は、この強誘電性の発現起源の違いがサイズ効果と深く関係しており、強誘電性の起源がHfO2に近い蛍石構造やウルツ鉱構造強誘電体では、サイズ効果はほとんど観察されないと考えている。本研究の目的は、巨大強誘電性を有するAlN基エピタキシャル膜を作成し、その巨大強誘電性の詳細な解析を行うことで、“サイズ効果”の起源を解明することである。本研究では、(Al,Sc)Nおよび(Ga,Sc)N膜を作成し、その強誘電性を調査した。(Al,Sc)Nでは基板から受ける応力によって薄膜化するほど結晶の異方性が大きくなり、結果として分極反転に必要な電界(Ec)は膜厚10nmまではより大きくなることが判明した。一方、残留分極値には大きな膜厚依存性は観察されなかった。結晶異方性と分極反転に必要な電界(Ec)を評価すると、膜厚にかかわらずEcは歪みで整理できることが明らかになった。このことは、 (Al,Sc)Nでは残留分極値およびEcは、歪が一定の場合には大きな膜厚依存性が観察されない可能性があることを示唆している。また、(Ga,Sc)N膜では、Ecの値は結晶異方性より膜中のSc/(Al+Sc)比により強く影響される可能性があることが示唆された。現在、(Al,Sc)Nと (Ga,Sc)N膜を統一的に理解可能な方法を検討中である。

AlN[(Al,Sc)N]具有无对称中心的六方纤锌矿结构，其铁电性在沿c轴（即偏振轴）单轴取向、膜厚为300 nm的薄膜中得到实验证实。首席研究员认为，铁电性起源的这种差异与尺寸效应密切相关，并且在萤石和纤锌矿结构铁电体中，铁电性​​起源接近HfO2，我认为没有观察到尺寸效应。会的。本研究的目的是通过制造具有巨铁电性的AlN基外延薄膜并对其巨铁电性进行详细分析，以阐明“尺寸效应”的起源。在这项研究中，我们创建了 (Al,Sc)N 和 (Ga,Sc)N 薄膜并研究了它们的铁电特性。在(Al,Sc)N中，由于衬底施加的应力，晶体的各向异性随着膜变薄而增加，结果，极化反转所需的电场(Ec)变大膜厚达到10nm。另一方面，在残余偏振值中没有观察到显着的膜厚度依赖性。当评估晶体各向异性和极化反转所需的电场（Ec）时，发现无论膜厚如何，Ec都可以通过应变进行调整。这表明，在(Al,Sc)N中，当应变恒定时，剩余极化值和Ec可能不会表现出大的膜厚度依赖性。此外，有人提出，在(Ga,Sc)N薄膜中，薄膜中Sc/(Al+Sc)比对Ec值的影响可能比晶体各向异性的影响更强烈。我们目前正在研究一种方法，使我们能够以统一的方式理解 (Al,Sc)N 和 (Ga,Sc)N 薄膜。

项目成果

Downscaling and low temperature deposition of ferroelectric (Al1-xScx)N thin films deposited by dual sputtering

双溅射沉积铁电 (Al1-xScx)N 薄膜的缩小尺寸和低温沉积

• 发表时间: 2021
• 作者: Shinnosuke Yasuoka; Takao Shimizu; Masato Uehara; Hiroshi Yamada; Morito Akiyama; Yoshiomi Hiranaga; Yasuo Cho;Hiroshi Funakubo
• 通讯作者: Hiroshi Funakubo

Effects of deposition conditions on the ferroelectric properties of (Al1−xScx)N thin films

沉积条件对(Al1−xScx)N薄膜铁电性能的影响

• DOI: 10.1063/5.0015281
• 发表时间: 2020-09-18
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Shinnosuke Yasuoka;Takao Shimizu;Akinori Tateyama;M. Uehara;Hiroshi Yamada;M. Akiyama;Y. Hiranaga;Yasuo Cho;H. Funakubo
• 通讯作者: H. Funakubo

NbN電極上に作製したエピタキシャル(Al, Sc)N膜の電気特性評価

NbN电极上外延(Al,Sc)N薄膜的电学性能评价

• 发表时间: 2023
• 作者: 安岡慎之介;大田怜佳;岡本一輝;清水荘雄;舟窪浩
• 通讯作者: 舟窪浩

種々の電極を用いた(Al1-x,Scx)N薄膜の強誘電性評価

使用各种电极评估 (Al1-x,Scx)N 薄膜的铁电性

• 发表时间: 2022
• 作者: 大田怜佳;安岡慎之介;水谷涼一;白石貴久;舟窪浩
• 通讯作者: 舟窪浩

東京工業大学 物質理工学院 材料系材料コース 舟窪研究室

东京工业大学材料科学与工程学院材料课程船久保实验室