第1部 強誘電体薄膜の作製と物性・評価
(2023年1月16日 10:00〜11:30)
機能性材料として古くより研究されている強誘電体材料は、その優れた圧電性、焦電性、強誘電性などを利用して様々な応用に利用されている。強誘電体薄膜の研究は1950年代から行われているが、とりわけ、1980年代後半の強誘電体不揮発性メモリの発表以降、その研究・開発が急速に進んできた。強誘電体薄膜技術 (成膜、評価、理論) や薄膜材料開発の発展はデバイスの微細化・高集積化・高機能化・低電圧駆動化に必要不可欠であり、強誘電体薄膜メモリや圧電MEMSデバイスなど種々の強誘電体・圧電体薄膜デバイスの開発に大きな役割を果たしている。
本講座では、メモリ応用や圧電応用として知られるPb (Zr,Ti) O3 (PZT) 系強誘電体薄膜のMOCVD法による作製とその基礎的物性、強誘電体薄膜の物性解明に大きな役割を果たした圧電応答顕微鏡 (PFM) 技術に代表される走査型プローブ顕微鏡 (SPM) 技術、さらに、デバイスの微細化・高集積化に向けた極薄膜、ナノアイランド構造、ナノワイヤ、ナノチューブなどナノ強誘電体の作製とその物性に関して解説する。さらに、BiFeO3薄膜の物性や最近注目を集めているHfO2、 (Al,Sc) N、 (Al,B) N、 (Zn,Mg) Oなどの新規強電体薄膜の研究動向に関しても紹介する。
- 背景
- 強誘電体薄膜の歴史
- 強誘電体薄膜の作製法
- MOCVD法によるPZT系強誘電体薄膜の作製とその物性・評価
- MOCVD法の特徴
- PbTiO3薄膜の作製とその物性
- PZT薄膜の作製とその物性
- 走査型プローブ顕微鏡による物性評価
- ナノ強誘電体の作製とその物性
- 強誘電体極薄膜
- 強誘電体ナノ島構造
- 強誘電体ナノワイヤ、ナノチューブ
- BiFeO3強誘電体薄膜の作製とその物性
- 光起電力効果と光誘起歪
- 放射光による構造解析
- 新規強誘電体薄膜の研究動向
- doped-HfO2
- (Al,Sc) N
- (Al,B) N
- (Zn,Mg) O
第2部 鉛系および非鉛系圧電薄膜の成膜とそれを用いた圧電デバイスの応用展望
(2023年1月16日 12:10〜13:40)
圧電MEMS技術の特徴とその基礎技術に関する内容を解説します。応用デバイスとその特徴、および圧電薄膜の成膜技術と評価方法について説明します。
- 圧電薄膜を用いたMEMSデバイス応用
- 圧電MEMSデバイスの基本構造
- PZTおよびKNN圧電薄膜の成膜プロセス
- 薄膜材料の圧電特性評価
第3部 最近の強誘電体薄膜材料 (HfO2, AlScNなど) の特性、成膜とデバイス応用への展望
(2023年1月16日 13:50〜15:20)
本講座では、従来から研究されてきたペロブスカイト型・もしくはその関連型結晶構造とは異なる結晶構造を持つ蛍石型構造 (HfO2基) およびウルツ鉱型構造強誘電体について概説する。
これらの材料は2010年代にはじめて報告された材料であるが、従来材料にない半導体プロセスに対して高い親和性を持っているという特徴があり、デバイス応用が期待されている材料である。
講演者は、これらの材料について国内でもいち早く研究に取り組んでおり、特に結晶化学的側面から様々な報告を行っている。
- 強誘電体材料の歴史
- 強誘電体デバイスへの期待
- HfO2基強誘電体の発見と薄膜成長
- HfO2基強誘電体の結晶化学的特徴と強誘電性発現機構
- ウルツ鉱型強誘電体の発見と薄膜成長
- ウルツ鉱型強誘電体の強誘電特性の制御
- 従来型強誘電体との比較
- 今後の応用への展望
第4部 強誘電体メモリの開発動向と新規強誘電体薄膜のメモリへの応用
(2023年1月16日 15:30〜17:00)
強誘電体メモリ (FM) は、フラッシュメモリと同様に外部電源がなくても記憶を保持できる不揮発性メモリの一種である。現在実用化されているFMの一つであるFeRAM (Ferroelectric Random Access Memory) は、フラッシュメモリに比較して、メモリ容量は少ないが、 データの書き込み速度は100~1000倍、書き込み回数は1億倍、消費電力も極めて少ない。このため、エッジデバイスや認証デバイスなど多くのデバイスへ応用されている。
しかし、半導体製造プロセスを用いて、FMを量産化するためには、いくつかの課題を克服し、FM特有の信頼性問題を解決する必要があった。本講演では、FMの歴史、動作原理、 量産化技術、信頼性技術について述べるとともに、最新のFM、新しく発見された強誘電体薄膜を使ったFMについて紹介する。
- なぜ強誘電体メモリが必要とされるのか?
- 強誘電体メモリの歴史
- 強誘電体メモリの量産技術
- 強誘電体メモリの種類と動作原理
- 強誘電体メモリの微細化技術
- 強誘電体メモリの高信頼化技術
- 新規強誘電体メモリの動向
- 新規強誘電体薄膜薄膜のメモリへの応用
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