有機強誘電体超薄膜の構造制御と局所強誘電物性の解明、及び光・電子素子への応用

有机铁电超薄膜的结构控制、局域铁电特性的阐明及其在光电器件中的应用

基本信息

批准号：
01J03369
负责人：
野田啓
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、昨年度の研究で強誘電性を新たに見出したフッ化ビニリデン(VDF)オリゴマー蒸着薄膜の電気的特性を、各種測定法を用いて詳細に渡り追跡した。VDFオリゴマーの成膜時の基板温度を液体窒素で低温化することで、金属基板表面上に強誘電性を発現する薄膜の作製が可能であることを利用し、様々な膜厚の薄膜の形成、及びその電気的特性の膜厚依存性を評価した。その結果、膜厚500nmの試料で、130mC/m^2という大きな残留分極量を示したのに対し、膜厚を100nm以下まで減少させることで、残留分極量の低下、D-Eヒステリシスカーブの形状の変化などが観測された。従来、そのソフトな表面ゆえに、高電界印加に耐えうる上部電極の作製が困難であった有機強誘電体蒸着膜において、本研究のように、良質な上部電極の形成と電気的特性の測定に成功した例は非常に少ない。また、上記の結果は膜厚の減少に伴う、強誘電物性における有限サイズ効果の兆候を示している可能性がある。また、500nm厚のVDFオリゴマー蒸着膜の焦電電流測定を行った結果、40℃における焦電係数が-70μC/m^2Kと、有機強誘電体の中でも最高レベルの値を示した。また、厚さ100nmの試料においても同様に焦電電流の観測に成功した。このVDFオリゴマーは、焦電係数が大きいだけでなく、比誘電率が小さく(約10程度)、蒸着による薄膜化(すなわち薄膜の熱容量の低減)にも適しているため、焦電型赤外線センサにおける性能指数の改善に大きく貢献できることが示された。この事から、高感度検出並びに低コストでの作製が可能な赤外線センサへの応用が大いに期待される。

今年，我们使用各种测量方法来密切跟踪偏二氟乙烯（VDF）低聚物沉积薄膜的电性能，这是去年研究中新发现的铁电性。通过在 VDF 低聚物薄膜形成过程中使用液氮降低基板温度，可以在金属基板表面上形成表现出铁电性的薄膜，并且其电特性与薄膜厚度相关。结果，膜厚为500nm的样品显示出130mC/m^2的大量残留偏光，但通过将膜厚减至100nm以下，残留偏光量减少，形状为观察到D-E磁滞曲线发生变化。传统上，由于有机铁电气相沉积膜的表面柔软，很难制造能够承受高电场施加的上电极，成功的案例很少。此外，上述结果可能表明随着薄膜厚度的减小，铁电特性的有限尺寸效应。此外，对500nm厚的VDF低聚物气相沉积膜的热释电电流进行测量，结果表明40℃时的热释电系数为-70μC/m^2K，为有机铁电体中的最高值。此外，我们还成功地在厚度为100 nm的样品中同样观察到了热释电电流。这种VDF低聚物不仅热释电系数大，而且介电常数小（约10），适合气相沉积形成薄膜（即降低薄膜的热容），因此被用于热释电红外传感器事实证明，该方法可以极大地提高性能指标。由此看来，其在检测灵敏度高、制造成本低的红外传感器中的应用被寄予厚望。