利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.08】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22KT1223

利用課題名 / Title

遷移金属酸化物ナノ薄膜の誘電特性評価

利用した実施機関 / Support Institute

京都大学

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）その他/Others（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

電気計測,強誘電特性評価,エピタキシャル薄膜

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

菅大介

所属名 / Affiliation

京都大学化学研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

KT-330：強誘電体特性評価システム

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

酸化ハフニウムHfO₂は、結晶多型を有し、その構造特性と誘電特性は強い相関を示す。準安定相である斜方晶構造を有するHfO₂は、他の結晶多型が常誘電特性を示すのと対照的に、強誘電性を示す。そこで、本研究では、HfO2エピタキシャル薄膜において、その界面や薄膜構造と誘電特性との相関を調べ、HfO₂薄膜における斜方晶構造の安定化や強誘電性発現メカニズムを検証した。HfO₂薄膜の強誘電特性に関しては、京都大学ナノテクノロジーハブ拠点の設備を利用して評価を行った。

実験 / Experimental

HfO₂エピタキシャル薄膜はパルスレーザー堆積法によって作製した。まず電気伝導性を有する(La,Sr)MnO₃(LSMO)を下部電極として、(100)SrTiO₃(STO)単結晶基板上にエピタキシャル成長させ、下部電極上にHfO2を堆積することで、斜方晶構造を有するHfO₂エピタキシャル薄膜を成長した。下部電極およびHfO₂層の厚さはおよそ30nmと8nmとした。HfO₂薄膜の誘電特性評価には、室温において真空蒸着したAuを上部電極とした。【利用した主な装置】　強誘電体特性評価システム（ KT-330）

結果と考察 / Results and Discussion

　Fig.1に示すのは、作製したHfO2薄膜試料のX線2θ / θ回折パターンである。下部電極であるLSMOからの(001)反射に加えて、HfO₂の斜方晶構造に由来する(111)反射が観測された。LSMO(001)反射やHfO₂(111)反射の周辺に見られるピークはラウエ振動に帰属できるものであり、HfO₂のバルク安定相である正方晶構造など、斜方晶構造とは異なる結晶多型に由来する反射は観測されなかった。Fig. 2にはHfO₂薄膜の分極ヒステリシスループを示す。HfO₂層が斜方晶構造を有することから期待できるように、自発分極の反転に由来するヒステリシスループおよび電流が観測され、作製した斜方晶構造HfO₂薄膜の強誘電性が確認された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig.1 X-ray 2θ/θ diffraction pattern for HO₂ films

Fig.2 P-E hysteresis loops for HO₂ films

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件