【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.05.25】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22UT0266

利用課題名 / Title

圧電薄膜の結晶構造解析

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学 / Tokyo Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

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）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials

キーワード / Keywords

電子顕微鏡/Electron microscopy,集束イオンビーム/Focused ion beam,X線回折/X-ray diffraction,電極材料/ Electrode material,パワーエレクトロニクス/ Power electronics,3D積層技術/ 3D lamination technology,圧電・焦電材料

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)

矢吹 紘久

所属名 / Affiliation

アズビル株式会社

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）技術補助/Technical Assistance（副 / Sub）,機器利用/Equipment Utilization

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

UT-202：高輝度In-plane型X線回折装置
UT-152：CADデータ連動3次元機能融合デバイス評価用前処理システム
UT-005：原子分解能元素マッピング構造解析装置

報告書データ / Report

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

圧電材料を用いたデバイス応用のためには、高い結晶配向性を持つ圧電薄膜の成膜条件を確立することが求められる。そこで、東京大学のXRD、FIB、TEM装置などを用いて圧電薄膜の結晶構造を分析し、成膜した圧電薄膜がデバイス応用に適しているかどうかを評価した。また、得られた分析結果から高い結晶配向性を得るための条件について考察した。

実験 / Experimental

Si基板上に成膜された圧電薄膜(AlN)や金属から成る積層構造に対して、XRD計測を行うことで積層膜の結晶構造を評価した。また、FIBを用いて断面TEM観察用サンプルを作製し、AlNと下部電極の界面状態をTEMなどによって観察し、積層膜内に欠陥などがないかを評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

Fig.1にAlNと金属から成る積層膜のTEM像を示す。断面TEM像により、Si基板上に対して垂直にAlN膜の柱状構造が結晶成長している様子が確認できる。しかし、Smartlab(9kV)にてRocking Curve測定を実施したところ、FWHMは~3.9°程度とターゲットとしているFWHM ～1.4°からは大きく離れており、結晶性の改善が求められることが分かった(Fig.2)。そこで圧電薄膜の結晶構造分析のために、TEM装置を用いて積層膜の界面を観察したところ、Fig.3に示すようにAlNの下部Pt層の表面粗さの影響により、AlN/Pt界面直上のAlN格子像に乱れがあることが確認された。この結果より、下部層の表面粗さがAlNの結晶成長に影響していることが確認され、高い結晶配向性を得るために下部電極層の表面粗さの改善が求められることが推測された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

積層構造断面図

ロッキングカーブ計測結果

AlN/Pt界面

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