放射光X線回折によるSi基板上エピタキシャル圧電薄膜の圧電主要因子の解明

利用同步辐射X射线衍射阐明硅衬底上外延压电薄膜的主要压电因素

• 批准号: 21K14200
• 负责人: 譚 ゴオン
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka Prefecture University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 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-21K14200/
• 关键词: 圧電薄膜; エピタキシャル成長; 放射光X線回折測定; 結晶構造解析; MEMSデバイス; 非鉛圧電薄膜材料

本研究は、これまでに研究例の少ないSi基板上のエピタキシャル圧電薄膜の圧電応答について、微視的・巨視的な特性の両方を明らかにし、圧電特性に寄与する結晶学的な因子を明らかにすることを目的としている。R4年度は、R3年度の放射光XRD測定で得られた結果を基に、スパッタリング法やゾルゲル法を用いてSi基板上に様々なZr/Ti組成比のチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）薄膜を作製し、その圧電特性を評価した。異なる組成比で作製したPZT薄膜は異なる結晶構造を示していた。また酸化ジルコニアのバッファ層付きSi基板上に成膜することで、エピタキシャル成長させることにも成功した。得られた圧電薄膜に対して、正圧電効果および逆圧電効果の両方の手法で圧電特性を調査した結果、特に正圧電効果においてはエピタキシャル薄膜のほうが、結晶配向を制御していないランダムな多結晶薄膜に比べて数倍高い圧電定数を示すことを明らかになった。また複雑な真空装置を必要としないゾルゲル法でもスパッタリング法で作製した薄膜に匹敵するほどの大きな圧電定数が得られることを明らかにした。デバイスの試作においても、安定した性能を示していた。これらの新しく得られた結果については、論文投稿および国際学会を含む学会で成果発表を行っている。一方で、スパッタリング法を使って人工超格子構造の薄膜を作製したり、ゾルゲル法を用いて組成比の異なる多層構造薄膜を作製して特異な機能発現を狙う研究についても現在取り組んでいる。

这项研究阐明了硅基板上外延压电薄膜压电响应的微观和宏观特征，这一点很少被研究，并阐明了影响压电特性的晶体学因素。 R4年，基于R3年的同步辐射X射线衍射测量结果，采用溅射和溶胶-凝胶方法在Si衬底上制备了不同Zr/Ti组成比的锆钛酸铅（PZT）薄膜。制作并评估其压电性能。不同组成比制备的PZT薄膜表现出不同的晶体结构。他们还通过在带有氧化锆缓冲层的硅衬底上形成薄膜，成功实现了外延生长。使用正压电效应和逆压电效应方法研究所得压电薄膜的压电特性的结果表明，外延薄膜的正压电效应比晶体取向不受控制的随机多晶薄膜更好。常数比薄膜高几倍。研究还表明，溶胶-凝胶法不需要复杂的真空设备，可以提供与溅射制备的薄膜相当的压电常数。即使在设备原型生产中，也表现出了稳定的性能。这些新获得的结果正在提交论文并在包括国际会议在内的学术会议上发表。另一方面，我们目前正在研究使用溅射方法制造具有人工超晶格结构的薄膜，以及使用溶胶-凝胶方法制造具有不同组成比的多层薄膜，以开发独特的功能。

项目成果

Si基板上エピタキシャルゾルゲル Pb(Zr,Ti)O3薄膜の作製

Si衬底上外延溶胶-凝胶Pb(Zr,Ti)O3薄膜的制备

• 发表时间: 2022
• 作者: 金山 裕一;權 相曉;譚 ゴオン;神野 伊策
• 通讯作者: 神野 伊策

Piezoelectric properties of Pb(Zr,Ti)O3 artificial superlattice thin films

Pb(Zr,Ti)O3人造超晶格薄膜的压电性能

• 发表时间: 2021
• 作者: G. Kimura;S. H. Kweon;G. Tan;and I. Kanno
• 通讯作者: and I. Kanno

Characterization of vacuum ultraviolet-irradiated surface modification of CoO(111) crystal by low-energy atom scattering spectroscopy

• DOI: 10.1116/6.0001971
• 发表时间: 2022-12
• 期刊: Journal of Vacuum Science & Technology A
• 作者: G. Tan;H. Fukuta;K. K. H. De Silva-K.;A. Matsuda;M. Yoshimura;M. Yoshimoto;K. Umezawa

PZT人工超格子薄膜の作製とその圧電特性

PZT人工超晶格薄膜的制备及其压电性能

• 发表时间: 2021
• 作者: 木村 剛基;權 相曉;譚 ゴオン;神野 伊策
• 通讯作者: 神野 伊策

Crystal structure and piezoelectric properties of lead-free epitaxial (K,Na)NbO₃ thin films grown on Si substrates

Si衬底上无铅外延(K,Na)NbO₃薄膜的晶体结构和压电性能

• DOI: 10.1063/5.0110135
• 发表时间: 2022
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Tanaka Kiyotaka;Kawata Yoshiyuki;Kweon Sang Hyo;Tan Goon;Yoshimura Takeshi;Kanno Isaku
• 通讯作者: Kanno Isaku