ヘテロ界面を利用した強誘電ドメイン構造制御手法の創出

利用异质界面创建铁电畴结构控制方法

基本信息

批准号：
11J06837
负责人：
北中佑樹
金额：
$ 1.6万
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 2014-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

1. 放射光を用いたBi系強誘電体のドメイン反転挙動解明 :強誘電体のバルク単結晶や単結晶薄膜において、電界によるドメイン反転挙動を理解することはデバイス応用上極めて重要である。対象物質である(Bi1/2Na1/2)TiO3(以後BNT)において、高エネルギー放射光を用いた結晶構造解析手法を応用し、分極反転挙動を評価した結果、BNT単結晶は非180°の分極回転を伴う、多段階の分極反転機構を持つことが明らかとなった。この非180°回転を制御することが、BNT系材料の分極構造制御に重要であると結論した。2. オゾン雰囲気下成膜によるBi系強誘電体薄膜の高特性化昨年度に引き続き、オゾン雰囲気下におけるBNT薄膜作製の条件最適化を行い、高品質なエピタキシャル薄膜の作製を達成した。無極性・導電性基板上にオゾン中で作製したBNT薄膜は、酸素中で得られた薄膜より優れた分極特性を示した。Bi係単結晶育成において結晶高機能化に高い効果を示す高酸化性雰囲気が、薄膜作製プロセスにおいても有効であることを実証した。3. 分極ヘテロ界面の形成と特性評価極性・半導体性を有する基板にBaTiO3(BT)強誘電体をオゾン雰囲気下PLD法で堆積し、強誘電体/極性材料ヘテロ構造を作製することに成功した。得られたヘテロ構造の電気特性を評価した結果、電場軸方向に大きく偏った特性が得られた。この結果は、ヘテロ界面に特異な電場が形成され、特定方向の分極を持つドメイン構造がBT結晶中で安定化されることを示している。ヘテロ界面の分極不連続性に由来する電場環境を利用して、従来にないドメイン構造制御が可能となることが期待される。

1. 利用同步辐射阐明铋基铁电体的磁畴反转行为：了解铁电体大块单晶和单晶薄膜中电场引起的磁畴反转行为对于器件应用极为重要。应用高能同步辐射晶体结构分析方法对靶材(Bi1/2Na1/2)TiO3（以下简称BNT）的极化反转行为进行了评价，结果发现BNT单晶具有据透露，它具有涉及旋转的多步偏振反转机制。我们得出的结论是，控制这种非 180° 旋转对于控制 BNT 基材料的偏振结构非常重要。 2. 通过在臭氧气氛中形成Bi基铁电薄膜来提高其性能继去年之后，我们优化了在臭氧气氛中形成BNT薄膜的条件，实现了高质量外延薄膜的制造。在非极性导电基底上在臭氧中制备的 BNT 薄膜比在氧气中获得的薄膜表现出更好的极化性能。我们证明，高氧化气氛对于改善铋基单晶生长过程中的晶体功能非常有效，在薄膜制造工艺中也很有效。 3. 极化异质界面的形成和特性我们通过在臭氧气氛中使用PLD 方法在极性/半导体衬底上沉积BaTiO3(BT) 铁电材料，成功地创建了铁电/极性材料异质结构。通过评估所获得的异质结构的电特性，我们发现特性在电场轴方向上有很大偏差。这一结果表明，在异质界面处形成了独特的电场，并且在BT晶体中稳定了具有特定方向极化的域结构。预计通过利用异质界面的极化不连续性产生的电场环境，将有可能实现前所未有的域结构控制。