陽イオン比および面内歪制御に基づく新規強誘電体複合酸化物薄膜の開発

基于阳离子配比和面内应变控制的新型铁电复合氧化物薄膜的开发

基本信息

批准号：
11J06215
负责人：
小林俊介
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J06215/
关键词：
強誘電体不定比性薄膜透過型電子顕微鏡 PLD SrTiO_3 SrTiO3

项目摘要

次世代の不揮発性メモリの候補の一つとして、強誘電体薄膜を利用した強誘電体メモリの実用化が期待されている。本研究では全く新しい着想点から、PZT薄膜の自発分極を超える強誘電性を発現させる事を目的とする。本研究は常誘電体であるSrTiO_3 (STO)ホモエピタキシャル薄膜から陽イオン比の化学量論組成比からのずれに起因した強誘電特性を発現させ、さらに基板との格子不整合性による面内歪を利用する事で今までにない大きな自発分極の達成を目指した。最終年度として下記の項目を達成した。1. STO薄膜中に陽イオンの組成比変化に起因した欠陥導入と制御を確立した。2. 任意の欠陥構造を簿膜中に導入することにより電気伝導性の向上及び強誘電性の発現を達成した。SrTiO3薄膜中に陽イオン不定比性に起因した欠陥構造を導入することに成功した。さらに、この欠陥構造に関して、製膜条件を精密に制御することにより、変化させる事に成功した。すなわち、この任意に制御を行った欠陥構造を、本研究目的である強誘電性発現、そして派生成果として電気伝導性の向上に応用した。その結果、欠陥構造制御を行ったTi過剰STO薄膜において、量子常誘電体であるSTOから強誘電性を発現させ、さらに電子ドープを行ったSTOにおいて報告されている中で最も大きな電子移動度約53,000cm^2V^<-1>s^<-1>を達成した。これらの物性発現は、不定比性に起因した欠陥構造創出する応力場と密接に関係しているものと考えられる。つまり、この欠陥構造に起因した応力場を制御することにより物性の発現及び向上を達成した。このことは、本研究成果は今後、ペロブスカイト型酸化物における新たな物性制御の指針を示す事に繋がる成果であると言える。

使用铁电薄膜的铁电存储器有望作为下一代非易失性存储器的候选者投入实际应用。这项研究的目的是从全新的角度开发出超越PZT薄膜自发极化的铁电性。在这项研究中，我们开发了一种顺电材料 SrTiO_3 (STO) 同质外延薄膜，由于阳离子比例与化学计量成分的偏差而表现出铁电特性，并且还产生了由通过利用这一点，我们的目标是实现前所未有的大自发极化。最后一年，取得了以下几项成果。 1.我们建立了STO薄膜中由于阳离子组成比变化而引起的缺陷的引入和控制。 2.通过在薄膜中引入任意缺陷结构，实现了电导率的提高和铁电性的发展。我们成功地将由阳离子非化学计量性引起的缺陷结构引入到 SrTiO3 薄膜中。此外，我们通过精确控制成膜条件成功地改变了这种缺陷结构。换句话说，这种任意控制的缺陷结构被应用于铁电性的开发（这是本研究的目的），并作为衍生结果应用于导电性的提高。结果，在具有缺陷结构控制的富钛STO薄膜中，量子顺电STO表现出铁电性，此外，电子掺杂STO中的电子迁移率达到了最高的53,000cm^2V^<-。 1>s^<-1>。这些物理性质的表现被认为与由于非化学计量而产生缺陷结构的应力场密切相关。换句话说，通过控制这种缺陷结构引起的应力场，我们实现了物理性能的表达和改善。这意味着这项研究的结果将为未来控制钙钛矿型氧化物的物理性能提供新的指导方针。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

導電性薄膜

导电薄膜

DOI：
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Oxygen off-stoichiometric SrMn03- 6 thin films grown by pulsed laser deposition

通过脉冲激光沉积生长的氧非化学计量 SrMn03-6 薄膜

DOI：
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shunsuke Kobayashi;et al.
通讯作者：
et al.

SrMn03-6エピタキシャル薄膜の酸素欠損に伴う構造変化

SrMn03-6 外延薄膜中氧空位引起的结构变化

DOI：
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
0
作者：
小林俊介;等
通讯作者：
等

Oxygen vacancies in SrMnO3-δ thin films grown by pulsed laser deposition

脉冲激光沉积生长的 SrMnO3-δ 薄膜中的氧空位

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shunsuke Kobayashi;et al
通讯作者：
et al

Ferromagnetic dislocations in antiferromagnetic NiO

DOI：
10.1038/nnano.2013.45
发表时间：
2013-04-01
期刊：
NATURE NANOTECHNOLOGY
影响因子：
38.3
作者：
Sugiyama, Issei;Shibata, Naoya;Ikuhara, Yuichi
通讯作者：
Ikuhara, Yuichi

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梶谷みゆき