室温合成可能な新規単純化合物強誘電体群の開拓

开发一组可在室温下合成的新型简单铁电化合物

• 批准号: 22K18307
• 负责人: 舟窪 浩
• 金额: $ 16.56万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18307/
• 关键词: 室温合成; 単純構造強誘電体; 反応層フリー特性

本研究の目的は、超低消費電力で動作しCO2削減の切り札となる革新的強誘電体デバイスを実現するために、これまで不可能とされてきた室温合成可能な単純化合物強誘電体群を開拓することである。研究代表者は、陽イオンが１種類で結晶構造がシンプルな単純化合物(AXやAX2)であれば、結晶化のエネルギー障壁が低く合成時の劇的な低温化が可能ではないかとの着想を得た。本研究では、蛍石構造のHfO2基強誘電体とウルツ鉱構造のAlN基強誘電体を中心として結晶構造由来の強誘電性では不可能とされてきた、従来の常識を打破する“室温合成が可能な新規単純化合物強誘電体群”を開拓する。本年度は、蛍石構造を有するHfO2基薄膜(YO1.5-ZrO2-HfO2組成)について、RFマグネトロンスパッタリング法を用いて非加熱での種々の組成の薄膜合成を、種々の基板上に試みた。その結果、以下を得た。１　得られた薄膜は成膜後の熱処理なしでも結晶化しており、その構成相は室温合成後に900℃以上に加熱して得られる相と基本的には同じであった。このことは、構成相は主に膜組成で決定されていることを示唆している。２　広い組成範囲で強誘電性が確認された。膜のZr/(Zr+Hf)比が大きくなると強誘電性が得られるY/(Hf+Zr+Y)比は小さくなった。３　非加熱で作成した薄膜でも高温で熱処理した膜と同様に、電界誘起による結晶構造相転移が観測された。また、電界誘起で強誘電相が得られる組成でも薄膜の強誘電性が確認された。

这项研究的目的是开发一组可以在室温下合成的简单化合物铁电体，这在以前被认为是不可能的，以实现超低功耗运行的创新铁电器件，这是实现超低功耗的关键。减少二氧化碳排放。首席研究员提出了这样的想法：具有一种阳离子和简单晶体结构（例如 AX 或 AX2）的简单化合物具有较低的结晶能垒，从而可以显着降低合成过程中的温度。 。在这项研究中，我们重点关注具有萤石结构的 HfO2 基铁电体和具有纤锌矿结构的 AlN 基铁电体的“室温合成”，我们将开发一组新的简单化合物铁电材料。今年，我们尝试在不加热的情况下，使用射频磁控溅射方法在各种基材上合成具有萤石结构（YO1.5-ZrO2-HfO2成分）的HfO2基薄膜，该薄膜具有不同的成分。结果，我们得到了以下结果。 1.所得到的薄膜即使在成膜后不进行热处理也能够结晶化，其构成相与室温合成后加热至900℃以上而得到的相基本相同。这表明组成相主要由薄膜组成决定。 2 铁电性在很宽的成分范围内得到证实。随着膜的Zr/(Zr+Hf)比增大，获得铁电性的Y/(Hf+Zr+Y)比变得更小。 3. 与高温热处理的薄膜类似，即使在未加热的薄膜中也观察到电场诱导的晶体结构相变。另外，即使是通过电场感应能够得到铁电相的组成，也确认了薄膜的铁电性。

项目成果

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

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

Ferroelectricity of 20-nm Thick (Al0.8Sc0.2)N Thin Films with TiN Electrodes

带 TiN 电极的 20 nm 厚 (Al0.8Sc0.2)N 薄膜的铁电性

• 发表时间: 2022
• 作者: Ota Reika; Yasuoka Shinnosuke; Mizutani Ryoichi; Shiraishi Takahisa; Kakushima Kuniyuki; Funakubo Hiroshi
• 通讯作者: Funakubo Hiroshi

Systematic Investigation of Ferroelectric Properties in x%YO1.5-(100-x%)Hf1-yZryO2 Films

系统%20调查%20of%20铁电%20性质%20in%20x%YO1.5-(100-x%)Hf1-yZryO2%20薄膜

• DOI: 10.1021/acsaelm.2c01658
• 发表时间: 2023
• 影响因子: 4.7
• 作者: Mimura Takanori; Tashiro Yuki; Shimizu Takao; Funakubo Hiroshi
• 通讯作者: Funakubo Hiroshi

Lower ferroelectric coercive field of ScGaN with equivalent remanent polarization as ScAlN

ScGaN 的铁电矫顽场较低，剩余极化强度与 ScAlN 相当

• DOI: 10.35848/1882-0786/ac8048
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 2.3
• 作者: Uehara Masato; Mizutani Ryoichi; Yasuoka Shinnosuke; Shimizu Takao; Yamada Hiroshi; Akiyama Morito; Funakubo Hiroshi
• 通讯作者: Funakubo Hiroshi