内田 寛

現在使用されている鉛系材料は正方晶強誘電体のPbTiO₃を端成分としており、非鉛の正方晶強誘電体の材料探索が非鉛圧電体材料探索のkey pointであると考えられている。その候補の一つとして、我々はBi(Zn_1/2Ti_1/2)O₃に着目した。これは、巨大正方晶性(c/a = 1.21)を有しており大体材料として非常に有望であるが、高圧相であるために常圧合成は非常に困難である。我々は常圧相のBiFeO₃との固溶体であるBi(Zn_1/2Ti_1/2)O₃-BiFeO₃をMOCVD法で合成することにより、c/a = 1.22 を有する正方晶性薄膜の作製に成功した[2]。しかし、PbTiO₃(c/a = 1.06)に比べて大きな正方晶性歪を有することにより、高い抗電界による分極反転の困難さが予想される。そこで我々は添加物によって正方晶性歪を制御した。

新規のBa系ペロブスカイト型酸化物固溶体Ba(Cu_1/3Nb_2/3)O₃-Ba(Mg_1/3Nb_2/3)O₃の焼結体を作製した。 (CH₃COO)₂Ba, Mg(O・C₂H₅)₂, Cu(O・CH₃)₂およびNb(O・C₂H₅)₅を出発原料としてBa(Cu_x/3Mg_(1-x)/3Nb_2/3)O₃（x = 0 - 1.0）粉体試料を合成したのち、それを成形および焼成することで焼結体を得た。バインダー利用による成形および目的化合物の熱分解反応の抑制をすることで、最終的に相対密度98％以上の緻密な焼結体の作製に成功した。

SrBi₄Ti₄O₁₅およびCaBi₄Ti₄O₁₅は、優れた誘電特性を有するビスマス層状構造誘電体(BLSD)であり、新規キャパシタ用材料の有力な候補として注目されている。本研究では電子デバイスとしての実用を念頭に置き、より汎用性の高い化学溶液法プロセスによって、単結晶Si基板上に高い結晶配向性を有するSrBi₄Ti₄O₁₅およびCaBi₄Ti₄O₁₅薄膜を作製するための手法を検討し、それらの電気特性を評価した。作製したBLSD薄膜は001方向に強い選択配向性を示し、これら(001)配向性SrBi₄Ti₄O₁₅およびCaBi₄Ti₄O₁₅薄膜の室温での比誘電率はそれぞれ240および250程度であった。各薄膜の静電容量は測定温度領域内（室温～200℃）で緩やかな上昇を示したが、その変化量は5%程度の小さな値であった。

SrRuO₃およびLaNiO₃をバッファー層として利用して、Pt/Si基板上にCaBi₄Ti₄O₁₅およびSrBi₄Ti₄O₁₅薄膜を選択配向成長させた。各薄膜を化学溶液法によって堆積した。X線回折測定の結果、バッファー層上に堆積したCaBi₄Ti₄O₁₅およびSrBi₄Ti₄O₁₅薄膜はビスマス層状構造ペロブスカイト相から成り、(00l)格子面が基板面方位に選択的に配向していることがわかった。SrTiO₃単結晶基板上でのエピタキシャル薄膜作製と同様、Pt/Si基板上においてもバッファー層の利用によりc軸配向性CaBi₄Ti₄O₁₅およびSrBi₄Ti₄O₁₅薄膜の作製に成功した。

本研究では、Ba含有ペロブスカイト型酸化物によるPZT代替材料の開発を検討するため、PbTiO₃およびPbZrO₃と類似の結晶構造を有する正方晶Ba(Cu_1/3Nb_2/3)O₃（BCN）および擬立方晶Ba(Mg_1/3Nb_2/3)O₃（BMN）から構成される固溶体材料（BCMN）を合成し、それらの結晶構造および相転移挙動を評価した。本研究においてはゾルゲル法によりBa(Cu_x/3Mg_(1-x)/3Nb_2/3)O₃（x = 0～1.0）の組成を有する粉体試料を合成し、X線回折により各粉体試料における結晶相および格子定数を求めた。その結果、BCN粉体試料（x = 1.0）では約600℃に相転移点が存在し、BMNの固溶に伴い相転移温度は連続的に低下することが確認された。