JP2016058523A - Ferroelectric capacitor and electronic device - Google Patents

Ferroelectric capacitor and electronic device Download PDF

Info

Publication number
JP2016058523A
JP2016058523A JP2014183184A JP2014183184A JP2016058523A JP 2016058523 A JP2016058523 A JP 2016058523A JP 2014183184 A JP2014183184 A JP 2014183184A JP 2014183184 A JP2014183184 A JP 2014183184A JP 2016058523 A JP2016058523 A JP 2016058523A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
ferroelectric
ferroelectric capacitor
charge
charge storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014183184A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6425334B2 (en
Inventor
貴弘 長田
Takahiro Osada
貴弘 長田
北村 健二
Kenji Kitamura
健二 北村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute for Materials Science
Original Assignee
National Institute for Materials Science
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute for Materials Science filed Critical National Institute for Materials Science
Priority to JP2014183184A priority Critical patent/JP6425334B2/en
Publication of JP2016058523A publication Critical patent/JP2016058523A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6425334B2 publication Critical patent/JP6425334B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ferroelectric capacitor capable of storing the charges generated from natural energy, and an electronic device using the same.SOLUTION: A ferroelectric capacitor 100 comprises: a ferroelectric single crystal 120 which includes a charge storage region 110 and in which a polarization direction is controlled, the charge storage region 110 being at least a partial region of the surface of the ferroelectric single crystal 120; a metal layer 130 located around the charge storage region 110; and a dielectric layer 160 located at least between the ferroelectric single crystal 120 and the metal layer 130. The band gap of the dielectric layer 160 is larger than the band gap of the ferroelectric single crystal 120. The charges based on the ferroelectric single crystal 120 are confined and stored on the charge storage region 110.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、強誘電体キャパシタおよび電子デバイスに関し、詳細には、自然エネルギーにより発生する電荷を蓄積する強誘電体キャパシタおよびそれを用いた電子デバイスに関する。   The present invention relates to a ferroelectric capacitor and an electronic device, and more particularly to a ferroelectric capacitor that accumulates electric charges generated by natural energy and an electronic device using the same.

近年、自然エネルギーを利用した環境発電(エナジーハーベスト)が注目されている。このような環境発電技術として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いたキャパシタが知られている(例えば、非特許文献1および2を参照)。非特許文献1および2によれば、PZTバルク材料で作製されたキャパシタは、焦電効果を利用して発生した電荷を蓄積できることが開示されている。しかしながら、材料に鉛を含んでおり、自然環境への影響が懸念され、鉛フリーの材料の開発が望まれている。   In recent years, energy harvesting using natural energy has attracted attention. As such an energy harvesting technology, a capacitor using lead zirconate titanate (PZT) is known (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2). According to Non-Patent Documents 1 and 2, it is disclosed that a capacitor made of a PZT bulk material can accumulate charges generated by using the pyroelectric effect. However, since the material contains lead, there is a concern about the influence on the natural environment, and development of a lead-free material is desired.

眞岩宏司ら,「Pb(Zr,Ti)O3セラミックスとその他材料からのエナジーハーベスト」,16p−B3−14,第59回応用物理学関係連合講演会,2012年3月Koji Iwaiwa et al., “Energy Harvest from Pb (Zr, Ti) O3 Ceramics and Other Materials”, 16p-B3-14, 59th Joint Lecture on Applied Physics, March 2012 眞岩宏司,「強誘電体材料の焦電エナジーハーベスティングと電気熱量効果」、17p−F5−5,第59回応用物理学関係連合講演会,2012年3月Koji Iwaiwa, “Pyroelectric Energy Harvesting and Electrocaloric Effect of Ferroelectric Materials”, 17p-F5-5, 59th Joint Conference on Applied Physics, March 2012

以上より、本発明の課題は、自然エネルギーにより発生する電荷を蓄積する強誘電体キャパシタ、および、それを用いた電子デバイスを提供することである。   As described above, an object of the present invention is to provide a ferroelectric capacitor that accumulates charges generated by natural energy, and an electronic device using the same.

本発明による強誘電体キャパシタは、分極の方向が制御され、電荷蓄積領域を有する強誘電体単結晶であって、前記電荷蓄積領域は、前記強誘電体単結晶の表面の少なくとも一部の領域である、強誘電体単結晶と、前記電荷蓄積領域の周りに位置する金属層と、少なくとも前記強誘電体単結晶と前記金属層との間に位置する誘電体層とを備え、前記誘電体層のバンドギャップは、前記強誘電体単結晶のバンドギャップよりも大きく、前記強誘電体単結晶に基づく電荷は、前記電荷蓄積領域上に閉じ込められ、蓄積され、これにより上記課題を解決する。
前記強誘電体単結晶は、ニオブ酸リチウム単結晶またはタンタル酸リチウム単結晶であってもよい。
前記金属層は、Al、CrおよびAuからなる群から選択される金属であってもよい。
前記誘電体層および金属層は、前記電荷蓄積領域を包囲するように位置してもよい。
前記誘電体層は、前記強誘電体単結晶と前記金属層との間に加えて、前記電荷蓄積領域上に位置してもよい。
前記誘電体層は、SiO、AlおよびHfOからなる群から選択される誘電体材料であってもよい。
前記誘電体層の厚さは、5nm以上1μm以下であってもよい。
前記誘電体層は、3以上の比誘電率を有し、かつ、5nm以上1μm以下の範囲の厚さを有してもよい。
前記誘電体層は、3.5以上の比誘電率を有し、かつ、5nm以上200μm以下の範囲の厚さを有してもよい。
前記電荷は、前記強誘電体単結晶の自発分極により誘起された電荷、前記強誘電体単結晶の圧電効果により誘起された電荷、または、前記強誘電体単結晶の焦電効果により誘起された電荷であってもよい。
前記電荷蓄積領域の直径は、1.5μm以上55μm以下の範囲であってもよい。
前記強誘電体単結晶は、単一分極構造となるように分極の方向が制御されており、前記電荷蓄積領域に対応する前記強誘電体単結晶の表面内部の極性は、+極性または−極性のいずれかであってもよい。
前記強誘電体単結晶は、分極反転構造となるように分極の方向が制御されており、前記電荷蓄積領域に対応する前記強誘電体単結晶の表面内部の極性は、+極性または−極性のいずれかであってもよい。
本発明による強誘電体キャパシタと半導体素子とを備えた電子デバイスは、前記強誘電体キャパシタが上述の強誘電体キャパシタであり、前記半導体素子は、前記電荷蓄積領域と前記金属層との間に接続されており、前記電荷蓄積領域上に蓄積された電荷により動作するか、または、前記電荷蓄積領域上に蓄積された電荷の電荷量の変化を検出し、これにより上記課題を解決する。
The ferroelectric capacitor according to the present invention is a ferroelectric single crystal having a charge storage region in which the direction of polarization is controlled, wherein the charge storage region is at least a part of the surface of the ferroelectric single crystal. A ferroelectric single crystal, a metal layer positioned around the charge storage region, and at least a dielectric layer positioned between the ferroelectric single crystal and the metal layer, The band gap of the layer is larger than the band gap of the ferroelectric single crystal, and charges based on the ferroelectric single crystal are confined and accumulated on the charge storage region, thereby solving the above-mentioned problem.
The ferroelectric single crystal may be a lithium niobate single crystal or a lithium tantalate single crystal.
The metal layer may be a metal selected from the group consisting of Al, Cr, and Au.
The dielectric layer and the metal layer may be positioned so as to surround the charge storage region.
The dielectric layer may be located on the charge storage region in addition to between the ferroelectric single crystal and the metal layer.
The dielectric layer may be a dielectric material selected from the group consisting of SiO 2 , Al 2 O 3 and HfO 2 .
The dielectric layer may have a thickness of 5 nm to 1 μm.
The dielectric layer may have a relative dielectric constant of 3 or more and a thickness in the range of 5 nm to 1 μm.
The dielectric layer may have a relative dielectric constant of 3.5 or more and a thickness in the range of 5 nm to 200 μm.
The charge is induced by the spontaneous polarization of the ferroelectric single crystal, the charge induced by the piezoelectric effect of the ferroelectric single crystal, or the pyroelectric effect of the ferroelectric single crystal. It may be a charge.
The diameter of the charge storage region may be in the range of 1.5 μm to 55 μm.
The direction of polarization of the ferroelectric single crystal is controlled so as to have a single polarization structure, and the polarity inside the surface of the ferroelectric single crystal corresponding to the charge storage region is + polarity or -polarity. Any of these may be sufficient.
The direction of polarization of the ferroelectric single crystal is controlled so as to have a polarization reversal structure, and the polarity inside the surface of the ferroelectric single crystal corresponding to the charge storage region is + polarity or −polarity. Either may be sufficient.
In an electronic device comprising a ferroelectric capacitor and a semiconductor element according to the present invention, the ferroelectric capacitor is the ferroelectric capacitor described above, and the semiconductor element is interposed between the charge storage region and the metal layer. It is connected and operates by the charge accumulated on the charge accumulation region, or the change of the charge amount of the charge accumulated on the charge accumulation region is detected, thereby solving the above problem.

本発明による強誘電体キャパシタは、強誘電体単結晶と金属層との間に強誘電体単結晶のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有する誘電体層が位置するので、フェルミ準位が強誘電体単結晶のバンド内に位置するように制御され、十分な障壁が形成される。その結果、電荷蓄積領域上に電荷を閉じ込め、蓄積することができる。また閉じ込め/蓄積される電荷は、強誘電体単結晶の自発分極、焦電効果または圧電効果に基づく、自然エネルギーにより発生する電荷である。これにより、本発明の強誘電体キャパシタは、自然エネルギーを利用した電源として機能し得る。また、本発明の強誘電体キャパシタは、サイズに制限がないので、ナノスケールからマイクロスケールサイズの超小型電源となり、電子デバイスのさらなる小型化を可能にする。   In the ferroelectric capacitor according to the present invention, since the dielectric layer having a band gap larger than the band gap of the ferroelectric single crystal is located between the ferroelectric single crystal and the metal layer, the Fermi level is ferroelectric. It is controlled to be located within the band of the body single crystal, and a sufficient barrier is formed. As a result, charges can be confined and accumulated on the charge accumulation region. Further, the trapped / accumulated charge is a charge generated by natural energy based on the spontaneous polarization, pyroelectric effect or piezoelectric effect of the ferroelectric single crystal. Thereby, the ferroelectric capacitor of the present invention can function as a power source using natural energy. In addition, since the size of the ferroelectric capacitor of the present invention is not limited, it becomes an ultra-compact power source of nanoscale to microscale size, and enables further miniaturization of electronic devices.

本発明の強誘電体キャパシタの構造を示す模式図The schematic diagram which shows the structure of the ferroelectric capacitor of this invention 本発明の強誘電体キャパシタにおける強誘電体単結晶と誘電体層と金属層とのバンド構造を示す模式図Schematic diagram showing a band structure of a ferroelectric single crystal, a dielectric layer, and a metal layer in the ferroelectric capacitor of the present invention. 本発明の別の強誘電体キャパシタの断面図を示す模式図Schematic diagram showing a cross-sectional view of another ferroelectric capacitor of the present invention 本発明の強誘電体キャパシタにおける電荷蓄積領域と金属層との種々のパターンを示す図The figure which shows the various patterns of the charge storage area | region and metal layer in the ferroelectric capacitor of this invention 本発明の強誘電体キャパシタが圧電効果により表面電荷を蓄積する様子を示す図The figure which shows a mode that the ferroelectric capacitor of this invention accumulate | stores a surface charge by the piezoelectric effect 本発明の強誘電体キャパシタが焦電効果により表面電荷を蓄積する様子を示す図The figure which shows a mode that the ferroelectric capacitor of this invention accumulate | stores a surface charge by the pyroelectric effect 本発明の強誘電体キャパシタを用いた電子デバイスを示す模式図Schematic diagram showing an electronic device using the ferroelectric capacitor of the present invention 比較例1の強誘電体キャパシタを製造するプロセスを示す図The figure which shows the process which manufactures the ferroelectric capacitor of the comparative example 1 実施例3の強誘電体キャパシタを製造するプロセスを示す図The figure which shows the process which manufactures the ferroelectric capacitor of Example 3. 比較例1の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図The figure which shows the shape image and electric potential image of the ferroelectric capacitor of the comparative example 1 比較例2の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図The figure which shows the shape image and electric potential image of the ferroelectric capacitor of the comparative example 2 実施例3の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図The figure which shows the shape image and electric potential image of the ferroelectric capacitor of Example 3. 実施例4の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図The figure which shows the shape image and electric potential image of the ferroelectric capacitor of Example 4. 実施例5の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図The figure which shows the shape image and electric potential image of the ferroelectric capacitor of Example 5. 比較例6の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図The figure which shows the shape image and potential image of the ferroelectric capacitor of the comparative example 6 実施例7の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図The figure which shows the shape image and electric potential image of the ferroelectric capacitor of Example 7. 実施例8の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図The figure which shows the shape image and potential image of the ferroelectric capacitor of Example 8 参考例9の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図The figure which shows the shape image and electric potential image of the ferroelectric capacitor of the reference example 9

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same number is attached | subjected to the same element and the description is abbreviate | omitted.

図1は、本発明の強誘電体キャパシタの構造を示す模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a ferroelectric capacitor of the present invention.

図1(A)は、本発明の強誘電体キャパシタの上面図であり、図1(B)および(C)は、本発明の強誘電体キャパシタの断面図である。   FIG. 1A is a top view of the ferroelectric capacitor of the present invention, and FIGS. 1B and 1C are cross-sectional views of the ferroelectric capacitor of the present invention.

本発明の強誘電体キャパシタ100は、分極の方向が制御され、電荷蓄積領域110を有する強誘電体単結晶120と、電荷蓄積領域110の周りに位置する金属層130と、少なくとも誘電体単結晶120と金属層130との間に位置する誘電体層160とを備える。電荷蓄積領域110は、強誘電体単結晶120の表面140の一部の領域である。本発明の強誘電体キャパシタ100において、誘電体層160のバンドギャップは、強誘電体単結晶120のそれよりも大きい。   The ferroelectric capacitor 100 of the present invention includes a ferroelectric single crystal 120 having a charge storage region 110 with a controlled polarization direction, a metal layer 130 positioned around the charge storage region 110, and at least a dielectric single crystal. 120 and a dielectric layer 160 located between the metal layer 130. The charge storage region 110 is a partial region of the surface 140 of the ferroelectric single crystal 120. In the ferroelectric capacitor 100 of the present invention, the band gap of the dielectric layer 160 is larger than that of the ferroelectric single crystal 120.

本発明の強誘電体キャパシタ100は、このような構成により、強誘電体単結晶120に由来する分極電荷を遮蔽するべく強誘電体キャパシタ100外部より集まる電荷150(すなわち、強誘電体単結晶120の自発分極により誘起された電荷)を、電荷蓄積領域110上に閉じ込め、蓄積できる。なお、以降では、分かりやすさのため、電荷蓄積領域110上に蓄積される電荷150を表面電荷150と呼ぶ。   With such a configuration, the ferroelectric capacitor 100 of the present invention has a charge 150 (that is, the ferroelectric single crystal 120) collected from the outside of the ferroelectric capacitor 100 so as to shield polarization charges derived from the ferroelectric single crystal 120. Can be confined and accumulated on the charge accumulation region 110. Hereinafter, for the sake of easy understanding, the charge 150 accumulated on the charge accumulation region 110 is referred to as a surface charge 150.

強誘電体単結晶120は、特に材料に制限がないが、環境に優しい材料から構成されているものがよく、分極の方向を制御しやすい一軸性の強誘電体単結晶が好ましい。より具体的には、強誘電体単結晶120は、好ましくは、ニオブ酸リチウム単結晶またはタンタル酸リチウム単結晶である。これらの材料は、結晶のZ方位に沿った一軸性の分極を有しており、その分極の方向を制御する技術が確立されている。また、これらの材料は、優れた圧電効果、焦電効果、電気光学効果、非線形光学効果を有しており、これらにより電荷蓄積領域110上により効率的に表面電荷150を蓄積できる。中でも、強誘電体単結晶120は、ニオブ酸リチウム単結晶が好ましい。ニオブ酸リチウム単結晶は、加工性に優れており、高品質な強誘電体キャパシタを提供できる。   The ferroelectric single crystal 120 is not particularly limited in material, but is preferably composed of an environmentally friendly material, and is preferably a uniaxial ferroelectric single crystal in which the polarization direction can be easily controlled. More specifically, the ferroelectric single crystal 120 is preferably a lithium niobate single crystal or a lithium tantalate single crystal. These materials have uniaxial polarization along the Z direction of the crystal, and a technique for controlling the direction of the polarization has been established. Further, these materials have an excellent piezoelectric effect, pyroelectric effect, electro-optic effect, and nonlinear optical effect, so that the surface charge 150 can be more efficiently accumulated on the charge accumulation region 110. Among these, the ferroelectric single crystal 120 is preferably a lithium niobate single crystal. The lithium niobate single crystal is excellent in workability and can provide a high-quality ferroelectric capacitor.

なお、本明細書において、用語「ニオブ酸リチウム単結晶(LN単結晶)」とは、コングルエント組成のLN単結晶(CLN)、定比組成のLN単結晶(SLN)、および、これらにドーパントを添加したLN単結晶を意図する。同様に、本明細書において、用語「タンタル酸リチウム単結晶(LT単結晶)」とは、コングルエント組成のLT単結晶(CLT)、定比組成のLT単結晶(SLT)、および、これらにドーパントを添加したLT単結晶を意図する。ドーパントは、例えば、Mg、Ca、Sr、Ba、Mn、Fe、Tb等であり、特性改善に適宜選択される。例えば、Mg、Ca、Sr、Ba等は、LNあるいはLTの耐光損傷性を向上させる。Mn、Fe、Tb等は、LNあるいはLTのフォトリフラクティブ効果を増大させる。   In this specification, the term “lithium niobate single crystal (LN single crystal)” means an LN single crystal having a congruent composition (CLN), an LN single crystal having a stoichiometric composition (SLN), and a dopant to these. The added LN single crystal is intended. Similarly, in this specification, the term “lithium tantalate single crystal (LT single crystal)” means an LT single crystal having a congruent composition (CLT), an LT single crystal having a stoichiometric composition (SLT), and a dopant LT single crystals with added are intended. The dopant is, for example, Mg, Ca, Sr, Ba, Mn, Fe, Tb, etc., and is appropriately selected for improving the characteristics. For example, Mg, Ca, Sr, Ba, etc. improve the light damage resistance of LN or LT. Mn, Fe, Tb, etc. increase the photorefractive effect of LN or LT.

強誘電体単結晶120の厚さは、特に制限がないが、1μm以上10mm以下が好ましい。この範囲であれば、取扱いが簡便であるとともに、後述する圧電効果あるいは焦電効果によって分極電荷を生じやすいので、より多くの表面電荷を蓄積できる。   The thickness of the ferroelectric single crystal 120 is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more and 10 mm or less. Within this range, handling is simple and polarization charges are likely to be generated by the piezoelectric effect or pyroelectric effect described later, so that more surface charges can be accumulated.

図1(B)は、図1(A)の強誘電体キャパシタ100の点線部分の断面図を示す。図1(B)中の矢印は分極の向きを示す。図1(B)では、強誘電体単結晶120が単一分極構造を有している。   FIG. 1B shows a cross-sectional view of the dotted line portion of the ferroelectric capacitor 100 of FIG. The arrow in FIG. 1 (B) shows the direction of polarization. In FIG. 1B, the ferroelectric single crystal 120 has a single polarization structure.

詳細には、図1(B)では、分極の方向がすべて電荷蓄積領域110の表面に対して実質的に垂直な方向であり、分極の向きが強誘電体単結晶120の下から上へとなるように制御されており、電荷蓄積領域110に対応する強誘電体単結晶120の表面内部の極性が+極性である例を示す。この場合、表面電荷150として、+極性を遮蔽するだけのマイナスの電荷が蓄積される。図示しないが、電荷蓄積領域110として、図1(B)の裏面である−極性の表面を使い、表面電荷150としてプラスの電荷を蓄積してもよい。なお、実質的に垂直とは、すべての分極の向きが完全に垂直である必要はないが、いわゆるZカット基板として利用できる程度であればよいことを意味する。   Specifically, in FIG. 1B, the polarization directions are all substantially perpendicular to the surface of the charge storage region 110, and the polarization direction is from the bottom to the top of the ferroelectric single crystal 120. An example in which the polarity inside the surface of the ferroelectric single crystal 120 corresponding to the charge storage region 110 is + polarity is shown. In this case, as the surface charge 150, a negative charge sufficient to shield + polarity is accumulated. Although not shown, a positive charge may be accumulated as the surface charge 150 by using the negative polarity surface which is the back surface of FIG. Note that “substantially vertical” means that all the polarization directions do not have to be completely vertical, but may be as long as they can be used as a so-called Z-cut substrate.

図1(C)は、図1(B)とは別の強誘電体キャパシタの断面図を示す。ここでも、図1(C)中の矢印は分極の向きを示す。図1(C)では、強誘電体単結晶120が分極反転構造を有している。   FIG. 1C is a cross-sectional view of a ferroelectric capacitor different from that in FIG. Again, the arrow in FIG. 1 (C) indicates the direction of polarization. In FIG. 1C, the ferroelectric single crystal 120 has a domain-inverted structure.

詳細には、図1(C)では、分極の方向がすべて電荷蓄積領域110の表面に対して実質的に垂直な方向であり、電荷蓄積領域110の分極の向きと、それ以外の領域の分極の向きとが反転するように制御されており、電荷蓄積領域110に対応する強誘電体単結晶120の表面内部の極性が−極性である例を示す。この場合、表面電荷150として、−極性を遮蔽するだけのプラスの電荷が蓄積される。図示しないが、電荷蓄積領域110の表面として、図1(C)の裏面である+極性の表面を使い、表面電荷150としてマイナスの電荷を蓄積してもよい。   Specifically, in FIG. 1C, the directions of polarization are all substantially perpendicular to the surface of the charge storage region 110, and the polarization direction of the charge storage region 110 and the polarization of the other regions In the example, the polarity inside the surface of the ferroelectric single crystal 120 corresponding to the charge storage region 110 is negative. In this case, as the surface charge 150, a positive charge sufficient to shield -polarity is accumulated. Although not shown, a negative polarity surface as the surface charge 150 may be accumulated by using the surface of the charge accumulation region 110 having a positive polarity which is the back surface of FIG.

図1(B)および図1(C)に示すように、本発明の強誘電体キャパシタ100において、少なくとも電荷蓄積領域110の分極の方向は、電荷蓄積領域110の表面に対して実質的に垂直な方向となるように制御されていることが好ましい。これにより、強誘電体単結晶の自発分極、圧電効果、および、焦電効果により、より効率的に電荷蓄積領域110に対応する強誘電体単結晶120の表面内部に電荷(分極電荷とも呼ぶ)が発生する。その結果、本発明の強誘電体キャパシタ100は、これら分極電荷を遮蔽するだけの表面電荷150を有効に蓄積することができる。   As shown in FIGS. 1B and 1C, in the ferroelectric capacitor 100 of the present invention, at least the direction of polarization of the charge storage region 110 is substantially perpendicular to the surface of the charge storage region 110. It is preferable to be controlled so as to be in a different direction. As a result, electric charges (also referred to as polarization charges) inside the surface of the ferroelectric single crystal 120 corresponding to the charge storage region 110 more efficiently due to the spontaneous polarization of the ferroelectric single crystal, the piezoelectric effect, and the pyroelectric effect. Will occur. As a result, the ferroelectric capacitor 100 of the present invention can effectively accumulate the surface charge 150 that only shields these polarization charges.

図2は、本発明の強誘電体キャパシタにおける強誘電体単結晶と誘電体層と金属層とのバンド構造を示す模式図である。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a band structure of a ferroelectric single crystal, a dielectric layer, and a metal layer in the ferroelectric capacitor of the present invention.

図2(A)は、強誘電体単結晶と金属層とのバンド構造を示す模式図であり、図2(B)は、強誘電体単結晶と誘電体層と金属層とのバンド構造を示す模式図である。   2A is a schematic diagram showing a band structure of a ferroelectric single crystal and a metal layer, and FIG. 2B shows a band structure of the ferroelectric single crystal, the dielectric layer, and the metal layer. It is a schematic diagram shown.

図2(A)では例示として強誘電体単結晶がLN単結晶である場合を示す。図2(A)によれば、金属層としてCrを選択した場合、LN単結晶とCrとを接触させると、p型ショットキー接合が形成される。この結果、LN単結晶とCrとの間にホールのキャリアパスが形成されないので、表面電荷150(図1)は中和されず、電荷蓄積領域110(図1)上に閉じ込められる。   FIG. 2A shows an example in which the ferroelectric single crystal is an LN single crystal. According to FIG. 2A, when Cr is selected as the metal layer, a p-type Schottky junction is formed when the LN single crystal is brought into contact with Cr. As a result, since no hole carrier path is formed between the LN single crystal and Cr, the surface charge 150 (FIG. 1) is not neutralized and confined on the charge storage region 110 (FIG. 1).

しかしながら、金属層としてAlを選択した場合、LN単結晶とAlとを接触させると、p型オーミック接合が形成される。この結果、LN単結晶とAlとの間にホールのキャリアパスが形成されるので、表面電荷150が中和され、電荷蓄積領域110上から消失する。   However, when Al is selected as the metal layer, a p-type ohmic junction is formed when the LN single crystal is brought into contact with Al. As a result, a hole carrier path is formed between the LN single crystal and Al, so that the surface charge 150 is neutralized and disappears from the charge storage region 110.

このように、強誘電体単結晶と金属層とを直接接触させると、強誘電体単結晶と金属層との種類によって接合状態が変化するので、表面電荷を蓄積するには、金属層と強誘電体単結晶との組み合わせを適宜選択する必要があり、強誘電体キャパシタの設計を煩雑にする。   As described above, when the ferroelectric single crystal and the metal layer are brought into direct contact, the junction state changes depending on the type of the ferroelectric single crystal and the metal layer. A combination with the dielectric single crystal needs to be selected as appropriate, which complicates the design of the ferroelectric capacitor.

一方、図2(B)に示すように、強誘電体単結晶120と金属層130との間に強誘電体単結晶120のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有する誘電体層160が位置することにより、フェルミ準位(Ef)を強誘電体単結晶120のバンド内に位置するように制御することができる。これにより、強誘電体単結晶120と金属層130との間に十分な障壁が形成されるので、キャリアパスが形成されることはなく、電荷蓄積領域110上に表面電荷150を閉じ込め、蓄積することができる。   On the other hand, as shown in FIG. 2B, a dielectric layer 160 having a band gap larger than the band gap of the ferroelectric single crystal 120 is located between the ferroelectric single crystal 120 and the metal layer 130. Thus, the Fermi level (Ef) can be controlled so as to be located in the band of the ferroelectric single crystal 120. As a result, a sufficient barrier is formed between the ferroelectric single crystal 120 and the metal layer 130, so that no carrier path is formed, and the surface charge 150 is confined and accumulated on the charge accumulation region 110. be able to.

このような誘電体層160の材料は、そのバンドギャップが強誘電体単結晶120のそれよりも大きければ、図2(B)に示すバンドアライメントが形成されるため、特に制限はなく、いわゆる誘電体材料から構成されていればよい。本明細書において、誘電体とは、少なくとも10−3(Ωcm)以下の固有抵抗値を有する絶縁性を備えており、かつ、少なくとも3以上の比誘電率を有する誘電性を備えている材料を意図する。表1および表2に、種々の強誘電体および種々の誘電体のバンドギャップおよび比誘電率をまとめて示す。 The material of the dielectric layer 160 is not particularly limited because the band alignment shown in FIG. 2B is formed if the band gap is larger than that of the ferroelectric single crystal 120. What is necessary is just to be comprised from the body material. In this specification, the dielectric is a material having dielectric properties having a specific resistance value of at least 10 −3 (Ωcm) or less and having a dielectric constant of at least 3 or more. Intended. Tables 1 and 2 summarize the band gaps and relative dielectric constants of various ferroelectrics and various dielectrics.

当業者であれば、例えば、表1および表2を参照して、適宜、強誘電体単結晶120および誘電体層160の材料を設計可能であるが、誘電体層160は、好ましくは、SiO、AlおよびHfOからなる群から選択される誘電体材料からなる。これらの材料は、誘電体であることが分かっており、いわゆるワイドバンドギャップ材料であり、任意の強誘電体単結晶120と組み合わせても、図2(B)に示すバンドアライメントが形成されるので、強誘電体キャパシタの設計が容易である。また、これらの誘電体材料であれば、成膜技術が確立しており、高品質かつ厚さを制御した誘電体層160を形成できる。 A person skilled in the art can appropriately design the materials of the ferroelectric single crystal 120 and the dielectric layer 160 with reference to, for example, Tables 1 and 2, and the dielectric layer 160 is preferably made of SiO 2. 2 and a dielectric material selected from the group consisting of Al 2 O 3 and HfO 2 . These materials are known to be dielectric materials, so-called wide band gap materials, and even when combined with any ferroelectric single crystal 120, the band alignment shown in FIG. 2B is formed. The design of the ferroelectric capacitor is easy. Further, with these dielectric materials, a film forming technique has been established, and a dielectric layer 160 with a high quality and a controlled thickness can be formed.

誘電体層160の厚さは特に制限がないが、5nm以上1μm以下が好ましい。上述の厚さに制御すれば、強誘電体単結晶120と誘電体層160と金属層130との間に望ましいバンドアライメントが形成され得るので、表面電荷の高い閉じ込め効果が期待できる。   The thickness of the dielectric layer 160 is not particularly limited, but is preferably 5 nm or more and 1 μm or less. If the thickness is controlled as described above, a desirable band alignment can be formed among the ferroelectric single crystal 120, the dielectric layer 160, and the metal layer 130, so that a confinement effect with a high surface charge can be expected.

金属層130の材料は特に制限されないが、Al、CrおよびAuからなる群から選択される金属が好ましい。これらの材料は、入手が容易であるとともに、金属層130の成膜技術が確立しており、高品質な金属層130を形成できる。   The material of the metal layer 130 is not particularly limited, but a metal selected from the group consisting of Al, Cr, and Au is preferable. These materials are easily available, and the technique for forming the metal layer 130 has been established, so that the high-quality metal layer 130 can be formed.

金属層130の厚さは、特に制限がないが、10nm以上1μm以下が好ましい。上述の厚さに制御すれば、強誘電体単結晶120と誘電体層160と金属層130との間に望ましいバンドアライメントが形成され得るので、表面電荷の閉じ込め効果が向上し得る。   The thickness of the metal layer 130 is not particularly limited, but is preferably 10 nm or more and 1 μm or less. If the thickness is controlled as described above, a desirable band alignment can be formed among the ferroelectric single crystal 120, the dielectric layer 160, and the metal layer 130, so that the surface charge confinement effect can be improved.

図3は、本発明の別の強誘電体キャパシタの断面図を示す模式図である。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross-sectional view of another ferroelectric capacitor of the present invention.

図3(A)の強誘電体キャパシタ100は、誘電体層160が、強誘電体単結晶120と金属層130との間に加えて、電荷蓄積領域110上にも位置する点が異なる以外は、図1(B)のそれと同じである。このような構成にすることにより、後述する製造プロセスにおいて、誘電体層を形成後、電荷蓄積領域110上に位置する誘電体層をエッチング等により除去する必要がないので、製造工程を省略でき、有利である。なお、図3(A)では、誘電体層160は、強誘電体単結晶120と金属層130との間、および、電荷蓄積領域110上に位置するが、強誘電体単結晶120全面に位置していてもよい。   The ferroelectric capacitor 100 shown in FIG. 3A is different from the ferroelectric capacitor 100 except that the dielectric layer 160 is located between the ferroelectric single crystal 120 and the metal layer 130 and also on the charge storage region 110. This is the same as that of FIG. By adopting such a configuration, it is not necessary to remove the dielectric layer located on the charge storage region 110 by etching or the like after forming the dielectric layer in the manufacturing process to be described later. It is advantageous. In FIG. 3A, the dielectric layer 160 is located between the ferroelectric single crystal 120 and the metal layer 130 and on the charge storage region 110, but is located on the entire surface of the ferroelectric single crystal 120. You may do it.

図3(B)は、図3(A)の強誘電体キャパシタ100の電荷蓄積領域110における強誘電体単結晶120と誘電体層160との接合部の様子を示す模式図である。図3(B)によれば、強誘電体単結晶120上に誘電体層160が位置する場合、強誘電体単結晶120および誘電体層160のコンデンサが直接に接続した状態である理解できる。   FIG. 3B is a schematic diagram showing a state of a junction between the ferroelectric single crystal 120 and the dielectric layer 160 in the charge storage region 110 of the ferroelectric capacitor 100 of FIG. 3B, when the dielectric layer 160 is positioned on the ferroelectric single crystal 120, it can be understood that the ferroelectric single crystal 120 and the capacitor of the dielectric layer 160 are directly connected.

例えば、強誘電体単結晶120の比誘電率をε、厚さをd、電気容量をCとし、誘電体層160の比誘電率をε、厚さをd、電気容量をCとし、電荷蓄積領域110の面積をSとし、真空の誘電率をεとすると、以下の関係が成り立つ。
=εε×(S/d
=εε×(S/d
これらから、合成電気容量Cは、次のように求められる。
C=C×C/(C+C
=εεεS/(ε+ε)・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
For example, the relative dielectric constant of the ferroelectric single crystal 120 is ε F , the thickness is d F , and the electric capacity is CF, and the relative dielectric constant of the dielectric layer 160 is ε D , the thickness is d D , and the electric capacity is When C D , the area of the charge storage region 110 is S, and the vacuum dielectric constant is ε 0 , the following relationship is established.
C F = ε 0 ε F × (S / d F )
C D = ε 0 ε D × (S / d D )
From these, the combined capacitance C is obtained as follows.
C = C F × C D / (C F + C D )
= Ε 0 ε F ε DS / (ε F d F + ε D d D ) (1)

(1)式において、強誘電体単結晶120の比誘電率ε、厚さd、および、電荷蓄積領域110の面積Sが一定である場合、誘電体層160は、比誘電率εが大きな誘電体材料からなり、厚さdは小さい方が、合成静電容量Cは大きくなることが分かる。合成静電容量Cを大きければ大きいほど、より大きな表面電荷150を蓄積できる。 In the equation (1), when the relative permittivity ε F and thickness d F of the ferroelectric single crystal 120 and the area S of the charge storage region 110 are constant, the dielectric layer 160 has a relative permittivity ε D It can be seen that the composite capacitance C increases as the thickness d D is made of a large dielectric material. The larger the synthetic capacitance C, the larger the surface charge 150 can be accumulated.

このような観点から、図3(A)のように、誘電体層160が、強誘電体単結晶120と金属層130との間に加えて、電荷蓄積領域110上にも位置する場合には、誘電体層160は、高誘電率を有し、かつ、その厚さは薄い方が好ましい。例示的には、誘電体層160は、3以上の比誘電率を有し、かつ、5nm以上1μm以下の範囲の厚さを有すれば、表面電荷150を蓄積できる。また、実施例に示すように、強誘電体単結晶120がLN単結晶の誘電率(85)と同様の誘電率を有する材料である場合は、誘電体層160は、3.5以上の比誘電率を有し、かつ、5nm以上200nm以下の範囲の厚さを有すれば、有効に表面電荷を蓄積できる。   From this point of view, when the dielectric layer 160 is located not only between the ferroelectric single crystal 120 and the metal layer 130 but also on the charge storage region 110 as shown in FIG. The dielectric layer 160 preferably has a high dielectric constant and a small thickness. For example, if the dielectric layer 160 has a relative dielectric constant of 3 or more and a thickness in the range of 5 nm to 1 μm, the surface charge 150 can be accumulated. Further, as shown in the example, when the ferroelectric single crystal 120 is a material having a dielectric constant similar to the dielectric constant (85) of the LN single crystal, the dielectric layer 160 has a ratio of 3.5 or more. If it has a dielectric constant and a thickness in the range of 5 nm or more and 200 nm or less, surface charges can be effectively accumulated.

以降では、簡単のため、誘電体層160は、強誘電体単結晶120と金属層130との間にのみ位置するものとして説明する。   Hereinafter, for the sake of simplicity, description will be made assuming that the dielectric layer 160 is located only between the ferroelectric single crystal 120 and the metal layer 130.

図4は、本発明の強誘電体キャパシタにおける電荷蓄積領域と金属層との種々のパターンを示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing various patterns of the charge storage region and the metal layer in the ferroelectric capacitor of the present invention.

図4では、強誘電体単結晶120と金属層130との間に金属層130と同じ形状の誘電体層160(図示せず)が位置することに留意されたい。図1では、電荷蓄積領域110が円形であり、金属層130および誘電体層160が電荷蓄積領域110を包囲するように位置する例を示したが、金属層130および誘電体層160が、電荷蓄積領域110の周りに位置していればよく、これに限らない。例えば、図4(A)に示すように、電荷蓄積領域110が円形であり、その周りに位置する金属層130および誘電体層160は、一部が欠けていてもよい。しかしながら、金属層130および誘電体層160が電荷蓄積領域110を完全に包囲する方が、表面電荷の閉じ込め効果が向上するため好ましい。   In FIG. 4, it should be noted that a dielectric layer 160 (not shown) having the same shape as the metal layer 130 is located between the ferroelectric single crystal 120 and the metal layer 130. Although FIG. 1 shows an example in which the charge storage region 110 is circular and the metal layer 130 and the dielectric layer 160 are positioned so as to surround the charge storage region 110, the metal layer 130 and the dielectric layer 160 are However, the present invention is not limited to this as long as it is located around the accumulation region 110. For example, as shown in FIG. 4A, the charge storage region 110 may be circular, and the metal layer 130 and the dielectric layer 160 located around the charge storage region 110 may be partially missing. However, it is preferable that the metal layer 130 and the dielectric layer 160 completely surround the charge storage region 110 because the surface charge confinement effect is improved.

また、図4(B)に示すように、電荷蓄積領域110が矩形であってもよい。さらに、図4(C)に示すように、電荷蓄積領域110がドット状に複数あってもよいし、図4(D)に示すように、電荷蓄積領域110が線状に複数あってもよい。当然ながら、電荷蓄積領域と金属層および誘電体層とのパターンはこれらの組合せであってもよい。電荷蓄積領域と金属層および誘電体層との種々のパターンに、単一分域構造あるいは分極反転構造を組み合わせてもよい。   In addition, as illustrated in FIG. 4B, the charge accumulation region 110 may be rectangular. Further, as shown in FIG. 4C, a plurality of charge storage regions 110 may be formed in a dot shape, or as shown in FIG. 4D, a plurality of charge storage regions 110 may be formed in a line shape. . Of course, the pattern of the charge storage region and the metal layer and dielectric layer may be a combination thereof. A single domain structure or a domain-inverted structure may be combined with various patterns of the charge storage region, the metal layer, and the dielectric layer.

電荷蓄積領域110の直径Dは、好ましくは、1.5μm以上55μm以下の範囲である。直径Dが1.5μm未満であれば、電荷蓄積領域110が小さすぎるため、十分な表面電荷を蓄積できない場合がある。直径Dが55μmを超えると、電荷密度が小さくなり、非効率になり得る。なお、電荷蓄積領域110が矩形の場合には、長手方向の長さを直径Dとみなせばよい。   The diameter D of the charge storage region 110 is preferably in the range of 1.5 μm to 55 μm. If the diameter D is less than 1.5 μm, the charge accumulation region 110 is too small, and thus sufficient surface charge may not be accumulated. When the diameter D exceeds 55 μm, the charge density becomes small and may become inefficient. When the charge accumulation region 110 is rectangular, the length in the longitudinal direction may be regarded as the diameter D.

図5は、本発明の強誘電体キャパシタが圧電効果により表面電荷を蓄積する様子を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing how the ferroelectric capacitor of the present invention accumulates surface charges due to the piezoelectric effect.

図5(A)は、強誘電体単結晶120の初期状態を示しており、強誘電体単結晶120の分極の方向は、電荷蓄積領域110の表面に対して実質垂直な方向であり、分極の向きがすべての強誘電体単結晶120の下から上へとなるように制御されており、電荷蓄積領域110に対応する強誘電体単結晶120の表面内部の極性が+極性である例を示す。図5(A)では、本発明の強誘電体キャパシタ100は、強誘電体単結晶120の自発分極による分極電荷を遮蔽する表面電荷150を蓄積し得る。   FIG. 5A shows an initial state of the ferroelectric single crystal 120, and the polarization direction of the ferroelectric single crystal 120 is a direction substantially perpendicular to the surface of the charge storage region 110. Of the ferroelectric single crystal 120 is controlled so as to be from the bottom to the top, and the polarity inside the surface of the ferroelectric single crystal 120 corresponding to the charge storage region 110 is + polarity. Show. In FIG. 5A, the ferroelectric capacitor 100 of the present invention can accumulate the surface charge 150 that shields the polarization charge caused by the spontaneous polarization of the ferroelectric single crystal 120.

図5(B)は、強誘電体単結晶120を押し縮めた場合を示す。上述してきたように、本発明の強誘電体キャパシタ100は、自発分極に基づく表面電荷に加えて、圧電効果に基づく表面電荷(すなわち、強誘電体単結晶120の圧電効果により誘起された電荷)を蓄積することができる。   FIG. 5B shows a case where the ferroelectric single crystal 120 is compressed. As described above, the ferroelectric capacitor 100 of the present invention has a surface charge based on the piezoelectric effect in addition to the surface charge based on the spontaneous polarization (that is, the charge induced by the piezoelectric effect of the ferroelectric single crystal 120). Can be accumulated.

詳細には、図5(B)に示すように、強誘電体単結晶120に圧力410を印加する(すなわち、強誘電体単結晶120を押し縮めたり、引っ張ったりする)と、強誘電体単結晶120内部では特定の方向に電荷が偏り、図5(A)と比較して、強誘電体単結晶120の上面側により多くのプラスの電荷が、下面側により多くのマイナスの電荷が誘起される。これにより、本発明の強誘電体キャパシタ100は、これら誘起されたプラスの電荷を遮蔽するより多くの表面電荷420を電荷蓄積領域110上に蓄積することができる。すなわち、本発明の強誘電体キャパシタ100は、圧電効果により、電荷蓄積領域110上に蓄積する表面電荷を増大することができる。   Specifically, as shown in FIG. 5B, when a pressure 410 is applied to the ferroelectric single crystal 120 (that is, the ferroelectric single crystal 120 is compressed or pulled), the ferroelectric single crystal 120 is In the crystal 120, the charge is biased in a specific direction, and more positive charges are induced on the upper surface side of the ferroelectric single crystal 120 and more negative charges are induced on the lower surface side as compared with FIG. The As a result, the ferroelectric capacitor 100 of the present invention can accumulate more surface charge 420 on the charge accumulation region 110 that shields these induced positive charges. That is, the ferroelectric capacitor 100 of the present invention can increase the surface charge accumulated on the charge accumulation region 110 by the piezoelectric effect.

図6は、本発明の強誘電体キャパシタが焦電効果により表面電荷を蓄積する様子を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing how the ferroelectric capacitor of the present invention accumulates surface charges due to the pyroelectric effect.

図6(A)は、強誘電体単結晶120の初期状態を示しており、強誘電体単結晶120の分極の方向は、電荷蓄積領域110の表面に対して実質垂直な方向であり、分極の向きがすべての強誘電体単結晶120の下から上へとなるように制御されており、電荷蓄積領域110に対応する強誘電体単結晶120の表面内部の極性が+極性である例を示す。図6(A)では、本発明の強誘電体キャパシタ100は、強誘電体単結晶120の自発分極による分極電荷を遮蔽する表面電荷150を蓄積し得る。   FIG. 6A shows an initial state of the ferroelectric single crystal 120, and the polarization direction of the ferroelectric single crystal 120 is a direction substantially perpendicular to the surface of the charge storage region 110. Of the ferroelectric single crystal 120 is controlled so as to be from the bottom to the top, and the polarity inside the surface of the ferroelectric single crystal 120 corresponding to the charge storage region 110 is + polarity. Show. In FIG. 6A, the ferroelectric capacitor 100 of the present invention can accumulate a surface charge 150 that shields a polarization charge due to spontaneous polarization of the ferroelectric single crystal 120.

図6(B)は、強誘電体単結晶120を加熱した場合を示す。上述してきたように、本発明の強誘電体キャパシタ100は、自発分極に基づく表面電荷に加えて、焦電効果に基づく表面電荷(すなわち、強誘電体単結晶120の焦電効果により誘起された電荷)を蓄積することができる。   FIG. 6B shows the case where the ferroelectric single crystal 120 is heated. As described above, the ferroelectric capacitor 100 of the present invention is induced by the surface charge based on the pyroelectric effect in addition to the surface charge based on the spontaneous polarization (that is, induced by the pyroelectric effect of the ferroelectric single crystal 120). Charge) can be accumulated.

詳細には、図6(B)に示すように、強誘電体単結晶120に赤外線等の光510を照射したり、ホットプレート等の加熱装置520により加熱したりすると、強誘電体単結晶120内部では特定の方向に電荷が偏り、図6(A)と比較して、強誘電体単結晶120の上面側により多くのプラスの電荷が、下面側により多くのマイナスの電荷が誘起される。これにより、本発明の強誘電体キャパシタ100は、これら誘起されたプラスの電荷を遮蔽するより多くの表面電荷530を電荷蓄積領域110上に蓄積することができる。すなわち、本発明の強誘電体キャパシタ100は、焦電効果により、電荷蓄積領域110上に蓄積する表面電荷を増大することができる。   Specifically, as shown in FIG. 6B, when the ferroelectric single crystal 120 is irradiated with light 510 such as infrared rays or heated by a heating device 520 such as a hot plate, the ferroelectric single crystal 120 is heated. Internally, the charge is biased in a specific direction, and more positive charges are induced on the upper surface side of the ferroelectric single crystal 120 and more negative charges are induced on the lower surface side as compared with FIG. As a result, the ferroelectric capacitor 100 of the present invention can accumulate more surface charges 530 on the charge accumulation region 110 that shield these induced positive charges. That is, the ferroelectric capacitor 100 of the present invention can increase the surface charge accumulated on the charge accumulation region 110 by the pyroelectric effect.

なお、図4〜図6では、誘電体層160は、強誘電体単結晶120と金属層130との間に位置する場合を例示したが、誘電体層160は、強誘電体単結晶120と金属層130との間、ならびに、電荷蓄積領域110上に位置していても、同様の効果が得られる。   4 to 6 exemplify the case where the dielectric layer 160 is located between the ferroelectric single crystal 120 and the metal layer 130, the dielectric layer 160 may be the same as the ferroelectric single crystal 120. Even if it is located between the metal layer 130 and the charge storage region 110, the same effect can be obtained.

次に、本発明の強誘電体キャパシタの製造方法の一例を説明する。   Next, an example of a method for manufacturing a ferroelectric capacitor of the present invention will be described.

まず、分極の方向が制御された強誘電体単結晶を用意する。強誘電体単結晶の材料の選択は図1を参照して説明したとおりである。分極の方向が制御された強誘電体単結晶は、単一分極構造となるようにポーリング処理された単結晶基板であってもよいし、分極反転構造となるようにドメインエンジニアリング加工された単結晶基板であってもよい。このような単結晶基板は、例えば、登録3551242号を参照して、単一分極構造を有する、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等に代表される酸化物からなる強誘電体単結晶を製造してもよいし、特開平05−2889137号を参照して、周期構造を有する分極反転構造を形成してもよいし、A.Gruvermanら,Appl.Phys.Lett.,69,3191(1996)、北村ら,応用物理学会薄膜・表面物理分科会,NEWS LETTER[120](2004),12−18を参照し、走査型フォース顕微鏡(SFM)あるいは原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、ナノスケールを有する分極反転構造を形成してもよい。   First, a ferroelectric single crystal whose polarization direction is controlled is prepared. The selection of the material of the ferroelectric single crystal is as described with reference to FIG. The ferroelectric single crystal in which the direction of polarization is controlled may be a single crystal substrate that has been poled to have a single polarization structure, or a single crystal that has been domain-engineered to have a polarization inversion structure. It may be a substrate. Such a single crystal substrate is manufactured by, for example, manufacturing a ferroelectric single crystal made of an oxide typified by lithium niobate, lithium tantalate or the like having a single polarization structure with reference to Registration No. 3551242. Alternatively, referring to JP-A-05-289137, a domain-inverted structure having a periodic structure may be formed. Gruberman et al., Appl. Phys. Lett. 69, 3191 (1996), Kitamura et al., Thin Film and Surface Physics Subcommittee of the Japan Society of Applied Physics, NEWS LETTER [120] (2004), 12-18, scanning force microscope (SFM) or atomic force microscope ( AFM may be used to form a domain-inverted structure having a nanoscale.

強誘電体単結晶の表面に物理的気相成長法、化学的気相成長法等により誘電体層を付与する。次に、リソグラフィ技術により、誘電体層が付与された強誘電体単結晶の電荷蓄積領域の周りに金属層をパターニングする。金属層の材料の選択は図1を参照して説明したとおりである。   A dielectric layer is applied to the surface of the ferroelectric single crystal by physical vapor deposition or chemical vapor deposition. Next, the metal layer is patterned around the charge storage region of the ferroelectric single crystal provided with the dielectric layer by lithography. The selection of the material for the metal layer is as described with reference to FIG.

金属層のパターニングの一例は次のとおりである。強誘電体単結晶の電荷蓄積領域を含む表面全体に電子線に感光するレジストを塗布する。次に、電子線(EB)をレジストに照射し、所望のパターンを描画した後、現像液に浸し、感光したレジストを除去する。これにより、金属層を付けたい部分のみが露出する。次いで、物理気相成長法、化学気相成長法等により金属層を付与する。最後に、リフトオフ過程により不要なレジストを除去する。これは、ポジ型のレジストを用いた場合であるが、ネガ型のレジストを用いた場合には、感光していない部分が除去される点が異なる以外、手順は同様である。このようにして、本発明の強誘電体キャパシタが製造される。   An example of the patterning of the metal layer is as follows. A resist sensitive to an electron beam is applied to the entire surface including the charge storage region of the ferroelectric single crystal. Next, the resist is irradiated with an electron beam (EB) to draw a desired pattern, and then immersed in a developer to remove the exposed resist. Thereby, only the part which wants to attach a metal layer is exposed. Next, a metal layer is applied by physical vapor deposition or chemical vapor deposition. Finally, unnecessary resist is removed by a lift-off process. This is a case where a positive type resist is used. However, when a negative type resist is used, the procedure is the same except that a non-photosensitive portion is removed. In this way, the ferroelectric capacitor of the present invention is manufactured.

金属層のパターニングは、電子線リソグラフィに限らず、フォトリソグラフィを用いてもよいし、リフトオフ過程に代えてエッチング過程を採用してもよい。電子線を用いたリソグラフィは、微細加工が可能なため、ナノスケールの強誘電体キャパシタを製造するに好ましい。所望のサイズや形状の電荷蓄積領域を有する強誘電体キャパシタを得るために、金属のパターニングは、既存の半導体技術等で知られるリソグラフィ技術を適宜採用できる。   The patterning of the metal layer is not limited to electron beam lithography, and photolithography may be used, or an etching process may be employed instead of the lift-off process. Lithography using an electron beam is preferable for manufacturing a nanoscale ferroelectric capacitor because it allows fine processing. In order to obtain a ferroelectric capacitor having a charge storage region of a desired size and shape, a lithography technique known in the existing semiconductor technology or the like can be appropriately employed for the patterning of the metal.

また、電荷蓄積領域上に位置する誘電体層は、反応性イオンエッチング(RIE)等によるドライエッチング、フッ酸等によるウェットエッチング、あるいは、プラズマ等によるプラズマエッチング等の既存のエッチング技術により、除去してもよい。   The dielectric layer located on the charge storage region is removed by an existing etching technique such as dry etching using reactive ion etching (RIE), wet etching using hydrofluoric acid, or plasma etching using plasma. May be.

このようにして得られた本発明の強誘電体キャパシタは、上述したように強誘電体単結晶に基づく表面電荷を蓄積することができる。このような表面電荷を利用して、本発明の強誘電体キャパシタは、センサや電荷移動スイッチ等の種々の素子と接続し、それらを動作させる電源として機能したり、特定の条件下(例えば、加圧下あるいは加熱下)において、蓄積される表面電荷の電荷量が変化するので、それ自身がセンサとしても機能したりする。   The ferroelectric capacitor of the present invention thus obtained can accumulate surface charges based on a ferroelectric single crystal as described above. Utilizing such surface charges, the ferroelectric capacitor of the present invention is connected to various elements such as sensors and charge transfer switches and functions as a power source for operating them, or under certain conditions (for example, Since the charge amount of the accumulated surface charge changes under pressure or heating), it itself functions as a sensor.

図7は、本発明の強誘電体キャパシタを用いた電子デバイスを示す模式図である。   FIG. 7 is a schematic view showing an electronic device using the ferroelectric capacitor of the present invention.

本発明の電子デバイス600は、本発明の強誘電体キャパシタ100と、素子610とを備える。強誘電体キャパシタ100は、図1を参照して説明したとおりである。素子610は、強誘電体キャパシタ100の電荷蓄積領域110と金属層130との間に接続されており、電荷蓄積領域110上に蓄積された表面電荷により動作するか、または、電荷蓄積領域110上に蓄積された表面電荷の電荷量の変化を検出する。   An electronic device 600 of the present invention includes the ferroelectric capacitor 100 of the present invention and an element 610. The ferroelectric capacitor 100 is as described with reference to FIG. The element 610 is connected between the charge storage region 110 and the metal layer 130 of the ferroelectric capacitor 100 and operates by the surface charge stored on the charge storage region 110 or on the charge storage region 110. A change in the amount of surface charge accumulated in the surface is detected.

例えば、素子610がダイオード等である場合、電荷蓄積領域110上に蓄積された表面電荷により容易に動作するので、本発明の電子デバイス600は、外部電源を不要とするダイオードセンサ等として機能する。   For example, when the element 610 is a diode or the like, the electronic device 600 of the present invention functions as a diode sensor or the like that does not require an external power source because the device 610 operates easily by the surface charge accumulated on the charge accumulation region 110.

例えば、素子610がゴミ等の吸着物に対して抵抗値が変化するセンサである場合、本発明の電子デバイス600は、外部電源を不要とするゴミセンサとして機能する。本発明の電子デバイス600は、強誘電体キャパシタ100の電荷蓄積領域110上に蓄積された表面電荷を利用して、素子610間の抵抗値、あるいは、素子610を流れる電流値を測定することにより、その値に変化があれば、吸着物の存在を検出できる。   For example, when the element 610 is a sensor whose resistance value changes with respect to an adsorbent such as dust, the electronic device 600 of the present invention functions as a dust sensor that does not require an external power source. The electronic device 600 of the present invention uses the surface charge accumulated on the charge accumulation region 110 of the ferroelectric capacitor 100 to measure the resistance value between the elements 610 or the current value flowing through the element 610. If there is a change in the value, the presence of adsorbate can be detected.

例えば、素子610が電圧計あるいは電流計である場合、本発明の電子デバイス600は、外部電源を不要とするスイッチとして機能する。本発明の電子デバイス600は、電荷蓄積領域110上に蓄積された、熱(光)あるいは圧力による表面電荷の電荷量の変化を素子610が検出することにより、一定量以上の電荷量であればオン(あるいはオフ)と、一定量未満の電荷量であればオフ(あるいはオン)とするスイッチとして機能し得る。   For example, when the element 610 is a voltmeter or an ammeter, the electronic device 600 of the present invention functions as a switch that does not require an external power supply. In the electronic device 600 of the present invention, the element 610 detects a change in the charge amount of the surface charge accumulated on the charge accumulation region 110 due to heat (light) or pressure. It can function as a switch that turns on (or off) and turns off (or on) if the charge amount is less than a certain amount.

なお、図7では、誘電体層160は、強誘電体単結晶120と金属層130との間に位置する場合を例示したが、誘電体層160は、強誘電体単結晶120と金属層130との間、ならびに、電荷蓄積領域110上に位置していても、同様の効果が得られる。   7 exemplifies the case where the dielectric layer 160 is positioned between the ferroelectric single crystal 120 and the metal layer 130, the dielectric layer 160 includes the ferroelectric single crystal 120 and the metal layer 130. The same effect can be obtained even if it is positioned between and on the charge storage region 110.

次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。   The present invention will now be described in detail using specific examples, but it should be noted that the present invention is not limited to these examples.

[比較例1]
比較例1では、強誘電体単結晶120が単一分極構造を有する定比組成ニオブ酸リチウム(SLN)単結晶(厚さ0.5mm)であり、電荷蓄積領域110が+極性面(すなわち、電荷蓄積領域110に対応する強誘電体単結晶120の表面内部の極性が+極性である)を有する円形(直径2μm)の領域であり、金属層130がAl層であり、誘電体層160を有さない強誘電体キャパシタを製造した。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, the ferroelectric single crystal 120 is a stoichiometric composition lithium niobate (SLN) single crystal (thickness 0.5 mm) having a single polarization structure, and the charge accumulation region 110 has a + polar plane (ie, The ferroelectric single crystal 120 corresponding to the charge storage region 110 is a circular region (diameter 2 μm) having a positive polarity inside the surface, the metal layer 130 is an Al layer, and the dielectric layer 160 is A ferroelectric capacitor without it was manufactured.

図8は、比較例1の強誘電体キャパシタを製造するプロセスを示す図である。   8 is a diagram showing a process for manufacturing the ferroelectric capacitor of Comparative Example 1. FIG.

図8では、強誘電体キャパシタを製造するプロセスの様子を断面図で、製造した強誘電体キャパシタを上面図で示す。SLN単結晶120の+極性面(図7では上面)に電子線に感光するレジスト(NEB−22、SUMITOMOCHEMICAL Co.,LTD製)710を塗布した。レジスト710に、帯電を防止するためエスペーサ(図示せず)を塗布した。レジスト710を電子線リソグラフィによりドーナツ状に感光させ、水洗によりエスペーサを除去し、現像液(TMAH2.38%)に浸し、感光した領域720のレジストを除去した。その後、純水でリンスした。次に、レジストが一部除去されたSLN単結晶120に電子線蒸着法によりAl層730を蒸着した。Al層の厚さは150nmであった。次いで、N−メチルピロリドン(NMP)を用いたリフトオフ過程により領域720以外のレジスト710およびAl層730を除去した。その結果、円形の電荷蓄積領域110(直径:2μm)を有するSLN単結晶120と、電荷蓄積領域110の周りを包囲するように位置するAl層130とを備えた比較例1の強誘電体キャパシタが製造された。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing a process of manufacturing a ferroelectric capacitor, and a top view of the manufactured ferroelectric capacitor. A resist (NEB-22, manufactured by SUMITOMOCHEMICAL Co., LTD) 710 sensitive to an electron beam was applied to the positive polarity surface (upper surface in FIG. 7) of the SLN single crystal 120. An e-spacer (not shown) was applied to the resist 710 to prevent charging. The resist 710 was exposed to a donut shape by electron beam lithography, the e-spacer was removed by washing with water, and the resist 710 was immersed in a developer (TMAH 2.38%) to remove the resist in the exposed region 720. Then, it rinsed with the pure water. Next, an Al layer 730 was deposited on the SLN single crystal 120 from which the resist was partially removed by an electron beam deposition method. The thickness of the Al layer was 150 nm. Next, the resist 710 and the Al layer 730 other than the region 720 were removed by a lift-off process using N-methylpyrrolidone (NMP). As a result, the ferroelectric capacitor of Comparative Example 1 including the SLN single crystal 120 having a circular charge storage region 110 (diameter: 2 μm) and the Al layer 130 positioned so as to surround the charge storage region 110. Was manufactured.

比較例1の強誘電体キャパシタの表面の形状像を、原子間力顕微鏡(AFM、SII製、NanoNavi II&E−sweep)により観察した。観察は、アルゴン雰囲気下にて、Siカンチレバーを用い、タッピングモードで行った。結果を図10(A)に示す。   The shape image of the surface of the ferroelectric capacitor of Comparative Example 1 was observed with an atomic force microscope (AFM, manufactured by SII, NanoNavi II & E-sweep). The observation was performed in a tapping mode using an Si cantilever under an argon atmosphere. The results are shown in FIG.

比較例1の強誘電体キャパシタの電荷蓄積領域における電位像の温度依存性を、ヒータを備えたケルビンフォース顕微鏡(KFM、SII製、NanoNavi II&E−sweep)により観察した。観察は、室温(25℃)、40℃、55℃、70℃および90℃の各温度、アルゴン雰囲気下(1気圧)にて、Rhコートカンチレバーを用い、印加電圧5V、サイクリックスキャンモードで行った。結果を図10(B)〜(F)に示す。   The temperature dependence of the potential image in the charge storage region of the ferroelectric capacitor of Comparative Example 1 was observed with a Kelvin force microscope (KFM, manufactured by SII, NanoNavi II & E-sweep) equipped with a heater. Observation was performed at room temperature (25 ° C.), 40 ° C., 55 ° C., 70 ° C. and 90 ° C. under an argon atmosphere (1 atm) using an Rh-coated cantilever in an applied voltage of 5 V and cyclic scan mode. It was. The results are shown in FIGS.

[比較例2]
比較例2では、強誘電体単結晶120が単一分極構造を有する定比組成ニオブ酸リチウム(SLN)単結晶(厚さ0.5mm)であり、電荷蓄積領域110が−極性面(すなわち、電荷蓄積領域110に対応する強誘電体単結晶120の表面内部の極性が−極性である)を有する円形(直径2μm)の領域であり、金属層130がAl層であり、誘電体層160を有さない強誘電体キャパシタを製造した。電荷蓄積領域110の極性面が逆である以外は、比較例1と同様の手順で製造した。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, the ferroelectric single crystal 120 is a stoichiometric lithium niobate (SLN) single crystal (thickness 0.5 mm) having a single polarization structure, and the charge accumulation region 110 is a -polar plane (ie, The ferroelectric single crystal 120 corresponding to the charge storage region 110 is a circular region (diameter 2 μm) having a negative polarity inside the surface, the metal layer 130 is an Al layer, and the dielectric layer 160 is A ferroelectric capacitor without it was manufactured. The charge storage region 110 was manufactured in the same procedure as in Comparative Example 1 except that the polar surface of the charge storage region 110 was reversed.

比較例2の強誘電体キャパシタの形状像および電位像を、比較例1と同様にして観察した。結果を図11に示す。   The shape image and potential image of the ferroelectric capacitor of Comparative Example 2 were observed in the same manner as in Comparative Example 1. The results are shown in FIG.

[実施例3]
実施例3では、強誘電体単結晶120が単一分極構造を有する定比組成ニオブ酸リチウム(SLN)単結晶(厚さ0.5mm)であり、電荷蓄積領域110が+極性面を有する円形(直径2μm)の領域であり、誘電体層160がSiO層であり、金属層130がAl層である強誘電体キャパシタを製造した。実施例3の強誘電体キャパシタでは、図3を参照して説明したように、誘電体層160が、強誘電体単結晶120と金属層130との間に加えて、電荷蓄積領域110上にも位置する。
[Example 3]
In Example 3, the ferroelectric single crystal 120 is a monolithic lithium niobate (SLN) single crystal (thickness 0.5 mm) having a single polarization structure, and the charge storage region 110 has a circular shape having a + polar plane. A ferroelectric capacitor having a region of 2 μm in diameter, the dielectric layer 160 being a SiO 2 layer, and the metal layer 130 being an Al layer was manufactured. In the ferroelectric capacitor according to the third embodiment, as described with reference to FIG. 3, the dielectric layer 160 is provided between the ferroelectric single crystal 120 and the metal layer 130 on the charge storage region 110. Also located.

図9は、実施例3の強誘電体キャパシタを製造するプロセスを示す図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating a process for manufacturing the ferroelectric capacitor of Example 3. FIG.

図9では、強誘電体キャパシタを製造するプロセスの様子を断面図で、製造した強誘電体キャパシタを上面図で示す。SLN単結晶120の+極性面(図7では上面)全体に、化学気相成長法(CVD)により誘電体層160としてSiO層(厚さ200nm)を形成した。その後の手順は、図8と同様であるため、説明を省略する。なお、実施例3では、電荷蓄積領域110上の誘電体層160であるSiO層を除去しないが、SiO層は、種々の既存のエッチング技術により容易に除去できることは言うまでもなく、強誘電体単結晶120と金属層130との間にのみ誘電体層160を有する強誘電体キャパシタも製造できることは当業者であれば理解する。 FIG. 9 is a sectional view showing a process of manufacturing a ferroelectric capacitor, and a top view of the manufactured ferroelectric capacitor. A SiO 2 layer (thickness: 200 nm) was formed as the dielectric layer 160 on the entire + polar plane (upper surface in FIG. 7) of the SLN single crystal 120 by chemical vapor deposition (CVD). The subsequent procedure is the same as that in FIG. In Example 3, the SiO 2 layer, which is the dielectric layer 160 on the charge storage region 110, is not removed. Needless to say, the SiO 2 layer can be easily removed by various existing etching techniques. Those skilled in the art will understand that a ferroelectric capacitor having a dielectric layer 160 only between the single crystal 120 and the metal layer 130 can also be manufactured.

このようにして得られた実施例3の強誘電体キャパシタの形状像および電位像を、比較例1と同様にして観察した。結果を図12に示す。   The shape image and potential image of the ferroelectric capacitor of Example 3 obtained in this way were observed in the same manner as in Comparative Example 1. The results are shown in FIG.

[実施例4]
実施例4では、強誘電体単結晶120が単一分極構造を有する定比組成ニオブ酸リチウム(SLN)単結晶(厚さ0.5mm)であり、電荷蓄積領域110が−極性面を有する円形(直径2μm)の領域であり、誘電体層160がSiO層であり、金属層130がAl層である強誘電体キャパシタを製造した。電荷蓄積領域110の極性が異なる以外は、実施例3と同様の手順で製造した。
[Example 4]
In Example 4, the ferroelectric single crystal 120 is a monolithic lithium niobate (SLN) single crystal (thickness 0.5 mm) having a single polarization structure, and the charge storage region 110 has a circular shape having a -polar plane. A ferroelectric capacitor having a region of 2 μm in diameter, the dielectric layer 160 being a SiO 2 layer, and the metal layer 130 being an Al layer was manufactured. The same procedure as in Example 3 was performed except that the polarity of the charge storage region 110 was different.

実施例4の強誘電体キャパシタの形状像および電位像を、比較例1と同様にして観察した。結果を図13に示す。   The shape image and potential image of the ferroelectric capacitor of Example 4 were observed in the same manner as in Comparative Example 1. The results are shown in FIG.

[実施例5]
実施例5では、強誘電体単結晶120が単一分極構造を有する定比組成ニオブ酸リチウム(SLN)単結晶(厚さ0.5mm)であり、電荷蓄積領域110が+極性面を有する矩形(長手方向の長さ50μm)の領域であり、誘電体層160がSiO層であり、金属層130がAl層である強誘電体キャパシタを製造した。実施例5では、電子線を照射するパターンが異なる以外は、実施例3と同様の手順で製造した。
[Example 5]
In Example 5, the ferroelectric single crystal 120 is a monolithic composition lithium niobate (SLN) single crystal (thickness 0.5 mm) having a single polarization structure, and the charge storage region 110 is a rectangle having a + polar plane. A ferroelectric capacitor having a region of 50 μm in the longitudinal direction, the dielectric layer 160 being a SiO 2 layer, and the metal layer 130 being an Al layer was manufactured. In Example 5, it manufactured by the procedure similar to Example 3 except the pattern which irradiates an electron beam differing.

実施例5の強誘電体キャパシタの形状像および電位像を、比較例1と同様にして観察した。結果を図14に示す。   The shape image and potential image of the ferroelectric capacitor of Example 5 were observed in the same manner as in Comparative Example 1. The results are shown in FIG.

[比較例6]
比較例6では、強誘電体単結晶120が単一分極構造を有する定比組成ニオブ酸リチウム(SLN)単結晶(厚さ0.5mm)であり、電荷蓄積領域110が+極性面を有する円形(直径2μm)の領域であり、金属層130がCr層であり、誘電体層160を有さない強誘電体キャパシタを製造した。金属層が異なる以外は、比較例1と同様の手順で製造した。
[Comparative Example 6]
In Comparative Example 6, the ferroelectric single crystal 120 is a stoichiometric composition lithium niobate (SLN) single crystal (thickness 0.5 mm) having a single polarization structure, and the charge storage region 110 is a circular shape having a + polar plane. A ferroelectric capacitor having a diameter of 2 μm, the metal layer 130 being a Cr layer, and not having the dielectric layer 160 was manufactured. The same procedure as in Comparative Example 1 was conducted except that the metal layer was different.

比較例6の強誘電体キャパシタの形状像および電位像を、比較例1と同様にして観察した。結果を図15に示す。   The shape image and potential image of the ferroelectric capacitor of Comparative Example 6 were observed in the same manner as in Comparative Example 1. The results are shown in FIG.

[実施例7]
実施例7では、強誘電体単結晶120が単一分極構造を有する定比組成ニオブ酸リチウム(SLN)単結晶(厚さ0.5mm)であり、電荷蓄積領域110が+極性面を有する円形(直径2μm)の領域であり、誘電体層160がSiO層であり、金属層130がCr層である強誘電体キャパシタを製造した。金属層が異なる以外は、実施例3と同様の手順で製造した。
[Example 7]
In Example 7, the ferroelectric single crystal 120 is a monolithic composition lithium niobate (SLN) single crystal (thickness 0.5 mm) having a single polarization structure, and the charge storage region 110 has a circular shape having a + polar plane. A ferroelectric capacitor having a region of (diameter 2 μm), a dielectric layer 160 being a SiO 2 layer, and a metal layer 130 being a Cr layer was manufactured. Manufactured in the same procedure as in Example 3 except that the metal layer was different.

実施例7の強誘電体キャパシタの形状像および電位像を、比較例1と同様にして観察した。結果を図16に示す。   The shape image and potential image of the ferroelectric capacitor of Example 7 were observed in the same manner as in Comparative Example 1. The results are shown in FIG.

[実施例8]
実施例8では、強誘電体単結晶120が単一分極構造を有する定比組成ニオブ酸リチウム(SLN)単結晶(厚さ0.5mm)であり、電荷蓄積領域110が+極性面を有する円形(直径2μm)と矩形(長手方向の長さ3μm)とを組み合わせた領域であり、誘電体層160がSiO層であり、金属層130がCr層である強誘電体キャパシタを製造した。また、金属層130は、電荷蓄積領域110を包囲することなく、一部が開放するように蒸着した。電子線を照射するパターンおよび金属層が異なる以外は、実施例3と同様の手順で製造した。
[Example 8]
In Example 8, the ferroelectric single crystal 120 is a monolithic lithium niobate (SLN) single crystal (thickness 0.5 mm) having a single polarization structure, and the charge storage region 110 is a circular shape having a + polar plane. The ferroelectric capacitor was manufactured by combining a region (diameter 2 μm) and a rectangle (length in the longitudinal direction 3 μm), the dielectric layer 160 being a SiO 2 layer, and the metal layer 130 being a Cr layer. Further, the metal layer 130 was deposited so as to partially open without surrounding the charge storage region 110. Manufactured in the same procedure as in Example 3 except that the pattern for irradiating the electron beam and the metal layer were different.

実施例8の強誘電体キャパシタの形状像および電位像を、比較例1と同様にして観察した。結果を図17に示す。   The shape image and potential image of the ferroelectric capacitor of Example 8 were observed in the same manner as in Comparative Example 1. The results are shown in FIG.

[参考例9]
参考例9では、強誘電体単結晶120が単一分極構造を有する定比組成ニオブ酸リチウム(SLN)単結晶(厚さ0.5mm)であり、電荷蓄積領域110が−極性面を有する円形(直径2μm)の領域であり、金属層130がAu層である強誘電体キャパシタを製造した。金属層の種類が異なり、電荷蓄積領域110の極性面が逆である以外は、比較例1と同様の手順で製造した。
[Reference Example 9]
In Reference Example 9, the ferroelectric single crystal 120 is a stoichiometric lithium niobate (SLN) single crystal (thickness 0.5 mm) having a single polarization structure, and the charge storage region 110 is a circle having a -polar plane. A ferroelectric capacitor having a diameter of 2 μm and a metal layer 130 of an Au layer was manufactured. Manufactured in the same procedure as in Comparative Example 1 except that the type of the metal layer is different and the polar surface of the charge storage region 110 is reversed.

参考例9の強誘電体キャパシタの形状像および電位像を、比較例1と同様にして観察した。結果を図18に示す。   The shape image and potential image of the ferroelectric capacitor of Reference Example 9 were observed in the same manner as in Comparative Example 1. The results are shown in FIG.

以上の実施例、比較例および参考例の実験条件の一覧を簡単のために表3に示す。
Table 3 shows a list of experimental conditions of the above Examples, Comparative Examples, and Reference Examples for simplicity.

図10は、比較例1の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図である。
図11は、比較例2の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a shape image and a potential image of the ferroelectric capacitor of Comparative Example 1.
FIG. 11 is a diagram showing a shape image and a potential image of the ferroelectric capacitor of Comparative Example 2.

形状像において、明るく示される領域と暗く示される領域とは物体の高低差があることを示しており、明るく示される領域の高さは、暗く示される領域の高さよりも高い。図10(A)および図11(A)によれば、比較例1および比較例2の強誘電体キャパシタは、円形(直径2±0.5μm)の電荷蓄積領域を有しており、その周りに金属層が位置することにより高低差が生じていることを確認した。   In the shape image, the brightly shown region and the darkly shown region indicate that there is a difference in height of the object, and the height of the brightly shown region is higher than the height of the darkly shown region. According to FIGS. 10A and 11A, the ferroelectric capacitors of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 have circular (diameter 2 ± 0.5 μm) charge storage regions around the ferroelectric capacitor. It was confirmed that a difference in height was caused by the presence of the metal layer.

電位像において、明るく示される領域と暗く示される領域とは電位の高低差があることを示しており、明るく示される領域の電位は、暗く示される領域の電位と異なる。図10(B)〜(F)および図11(B)〜(F)によれば、比較例1および比較例2の強誘電体キャパシタは、いずれも、SLN単結晶を加熱しても電荷蓄積領域内に電位の上昇を示さず、表面電荷が蓄積されないことが分かった。   In the potential image, it is shown that there is a difference in potential between the region shown bright and the region shown dark, and the potential of the region shown bright is different from the potential of the region shown dark. According to FIGS. 10B to 10F and FIGS. 11B to 11F, the ferroelectric capacitors of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are both charged even when the SLN single crystal is heated. It was found that there was no potential increase in the region and no surface charge was accumulated.

図12は、実施例3の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図である。
図13は、実施例4の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a shape image and a potential image of the ferroelectric capacitor of Example 3.
FIG. 13 is a diagram showing a shape image and a potential image of the ferroelectric capacitor of Example 4.

図12(A)および図13(A)によれば、実施例3および実施例4の強誘電体キャパシタが、円形(直径2±0.5μm)の電荷蓄積領域を有することを確認した。   According to FIGS. 12A and 13A, it was confirmed that the ferroelectric capacitors of Example 3 and Example 4 had a circular (diameter 2 ± 0.5 μm) charge storage region.

図12(B)および図13(B)によれば、実施例3および実施例4の強誘電体キャパシタの、電荷蓄積領域の電位と金属層の電位とは、ほぼ等しかった。このことから、実施例3および実施例4の強誘電体キャパシタは、室温において、電荷蓄積領域内の電位の上昇を示し、誘電体層を含む電荷蓄積領域上に自発分極により誘起された表面電荷を蓄積することが分かった。   According to FIGS. 12B and 13B, the potential of the charge storage region and the potential of the metal layer of the ferroelectric capacitors of Examples 3 and 4 were almost equal. From this, the ferroelectric capacitors of Example 3 and Example 4 show an increase in potential in the charge storage region at room temperature, and surface charges induced by spontaneous polarization on the charge storage region including the dielectric layer. Was found to accumulate.

さらに、図12(C)〜(F)および図13(C)〜(F)によれば、実施例3および実施例4の強誘電体キャパシタは、SLN単結晶を加熱しても、電荷蓄積領域内の電位の上昇を示した。より詳細には、+極性面からなる電荷蓄積領域を有する実施例3の強誘電体キャパシタは、SLN単結晶の温度上昇に伴い、90℃まで電位の上昇を示し、一方、−極性面からなる電荷蓄積領域を有する実施例4の強誘電体キャパシタは、SLN単結晶の温度上昇に伴い、55℃付近で電位の上昇がもっとも大きくなり、その後、電位が減少した。このことから、実施例3および実施例4の強誘電体キャパシタは、焦電効果により誘起された表面電荷を蓄積することが分かった。   Further, according to FIGS. 12 (C) to (F) and FIGS. 13 (C) to (F), the ferroelectric capacitors of Example 3 and Example 4 accumulate charge even when the SLN single crystal is heated. An increase in potential within the region was shown. More specifically, the ferroelectric capacitor of Example 3 having a charge storage region having a positive polarity surface shows an increase in potential to 90 ° C. as the temperature of the SLN single crystal increases, whereas it has a negative polarity surface. In the ferroelectric capacitor of Example 4 having the charge storage region, as the temperature of the SLN single crystal increased, the potential increased most around 55 ° C., and then the potential decreased. From this, it was found that the ferroelectric capacitors of Examples 3 and 4 accumulate the surface charge induced by the pyroelectric effect.

以上の比較例1〜2および実施例3〜4によれば、本発明の強誘電体キャパシタは、少なくとも強誘電体単結晶と金属層との間に誘電体層を位置させることにより、電荷蓄積領域上に電荷を閉じ込め、蓄積することができることが分かった。また、蓄積される電荷は、強誘電体単結晶の自発分極、焦電効果等に基づく自然エネルギーにより発生する表面電荷であることを確認した。   According to the above Comparative Examples 1-2 and Examples 3-4, the ferroelectric capacitor of the present invention accumulates charges by positioning the dielectric layer at least between the ferroelectric single crystal and the metal layer. It has been found that charge can be confined and accumulated on the region. It was also confirmed that the accumulated charge was a surface charge generated by natural energy based on spontaneous polarization, pyroelectric effect, etc. of the ferroelectric single crystal.

図14は、実施例5の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図である。   FIG. 14 is a diagram showing a shape image and a potential image of the ferroelectric capacitor of Example 5.

図14(A)によれば、実施例5の強誘電体キャパシタが、矩形(長手方向の長さ50±5μm)の電荷蓄積領域を有することを確認した。   According to FIG. 14A, it was confirmed that the ferroelectric capacitor of Example 5 had a rectangular (longitudinal length 50 ± 5 μm) charge storage region.

図14(B)および(C)によれば、実施例5の強誘電体キャパシタは、室温において、電荷蓄積領域内の金属層近傍において電位の上昇を示し、自発分極に起因する表面電荷を蓄積することが分かった。このことから、効率的に表面電荷を蓄積可能な電荷蓄積領域の直径(あるいは長手方向の長さ)は、55μm以下であると示唆される。   According to FIGS. 14B and 14C, the ferroelectric capacitor of Example 5 shows an increase in potential in the vicinity of the metal layer in the charge accumulation region at room temperature, and accumulates surface charges due to spontaneous polarization. I found out that From this, it is suggested that the diameter (or length in the longitudinal direction) of the charge accumulation region capable of efficiently accumulating surface charges is 55 μm or less.

図15は、比較例6の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図である。
図16は、実施例7の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a shape image and a potential image of the ferroelectric capacitor of Comparative Example 6.
FIG. 16 is a diagram showing a shape image and a potential image of the ferroelectric capacitor of Example 7.

図15(A)および図16(A)によれば、比較例6および実施例7の強誘電体キャパシタが、円形(直径2±0.5μm)の電荷蓄積領域を有することを確認した。   According to FIGS. 15A and 16A, it was confirmed that the ferroelectric capacitors of Comparative Example 6 and Example 7 had a circular (2 ± 0.5 μm diameter) charge storage region.

図15(B)および図16(B)によれば、比較例6および実施例7の強誘電体キャパシタは、いずれも、室温において、電荷蓄積領域内の電位の上昇を示し、自発分極に起因する表面電荷を蓄積することが分かった。比較例6および実施例7の強誘電体キャパシタの、電荷蓄積領域の電位と金属層の電位とは、ほぼ等しかった。このことから、比較例6および実施例7の強誘電体キャパシタは、室温において、電荷蓄積領域内の電位の上昇を示し、金属層がCrである場合には、誘電体層の有無にかかわらず、電荷蓄積領域上に自発分極により誘起された表面電荷を蓄積することが分かった。   According to FIGS. 15B and 16B, the ferroelectric capacitors of Comparative Example 6 and Example 7 both show an increase in potential in the charge storage region at room temperature, which is caused by spontaneous polarization. It was found to accumulate surface charge. In the ferroelectric capacitors of Comparative Example 6 and Example 7, the potential of the charge storage region and the potential of the metal layer were almost equal. From this, the ferroelectric capacitors of Comparative Example 6 and Example 7 show an increase in potential in the charge storage region at room temperature, and when the metal layer is Cr, regardless of the presence or absence of the dielectric layer It was found that the surface charge induced by spontaneous polarization is accumulated on the charge accumulation region.

さらに、図15(C)〜(F)および図16(C)〜(F)によれば、比較例6および実施例7の強誘電体キャパシタは、SLN単結晶を加熱することにより、電荷蓄積領域内の電位の上昇を示した。より詳細には、誘電体層を有する実施例7の強誘電体キャパシタは、誘電体層を有さない比較例6の強誘電体キャパシタよりも、より高温まで電位の上昇を示した。   Further, according to FIGS. 15 (C) to 15 (F) and FIGS. 16 (C) to (F), the ferroelectric capacitors of Comparative Example 6 and Example 7 accumulate the charge by heating the SLN single crystal. An increase in potential within the region was shown. More specifically, the ferroelectric capacitor of Example 7 having a dielectric layer showed an increase in potential to a higher temperature than the ferroelectric capacitor of Comparative Example 6 having no dielectric layer.

以上の比較例6および実施例7によれば、少なくとも強誘電体単結晶と金属層との間に誘電体層が位置することにより、強誘電体キャパシタの電荷蓄積能を向上させることができることが分かった。   According to Comparative Example 6 and Example 7 described above, the charge storage capability of the ferroelectric capacitor can be improved by positioning the dielectric layer at least between the ferroelectric single crystal and the metal layer. I understood.

図17は、実施例8の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図である。   FIG. 17 is a diagram showing a shape image and a potential image of the ferroelectric capacitor of Example 8.

図17(A)によれば、実施例8の強誘電体キャパシタが、円形(直径2±0.5μm)と矩形(長手方向の長さ3±0.5μm)とを組み合わせた電荷蓄積領域を有することを確認した。この場合、電荷蓄積領域の直径は、5μmと見積もることができる。   According to FIG. 17A, the ferroelectric capacitor of Example 8 has a charge storage region in which a circle (diameter 2 ± 0.5 μm) and a rectangle (longitudinal length 3 ± 0.5 μm) are combined. Confirmed to have. In this case, the diameter of the charge storage region can be estimated to be 5 μm.

図17(B)によれば、実施例8の強誘電体キャパシタが、室温において、電荷蓄積領域内の電位の上昇を示し、自発分極に起因する表面電荷を蓄積することが分かった。実施例8の強誘電体キャパシタでは、金属層が電荷蓄積領域を完全に包囲することなく、一部開放した状態であるが、表面電荷の蓄積に影響がないことを確認した。   According to FIG. 17B, it was found that the ferroelectric capacitor of Example 8 showed an increase in potential in the charge accumulation region at room temperature and accumulated surface charges due to spontaneous polarization. In the ferroelectric capacitor of Example 8, it was confirmed that the metal layer did not completely surround the charge storage region and was partially open, but the surface charge accumulation was not affected.

以上の実施例8によれば、本発明の強誘電体キャパシタにおいて、金属層は、電荷蓄積領域を完全に包囲する必要はなく、少なくとも電荷蓄積領域の周りに位置していればよいことが示された。また、本発明の強誘電体キャパシタにおいて、電荷蓄積領域の形状は、円形に制限されるものではなく、任意の形状であってもよいことが示された。   According to Example 8 described above, in the ferroelectric capacitor of the present invention, it is not necessary to completely surround the charge accumulation region, and it is sufficient that the metal layer is located at least around the charge accumulation region. It was done. Moreover, in the ferroelectric capacitor of the present invention, it has been shown that the shape of the charge storage region is not limited to a circle but may be an arbitrary shape.

図18は、参考例9の強誘電体キャパシタの形状像と電位像とを示す図である。   FIG. 18 is a diagram showing a shape image and a potential image of the ferroelectric capacitor of Reference Example 9.

図18(A)によれば、参考例9の強誘電体キャパシタが、円形(直径2±0.5μm)の電荷蓄積領域を有することを確認した。図18(B)によれば参考例9の強誘電体キャパシタは、室温において、電荷蓄積領域内の電位の上昇を示し、自発分極により誘起された表面電荷を蓄積することが分かった。   According to FIG. 18A, it was confirmed that the ferroelectric capacitor of Reference Example 9 had a circular (diameter: 2 ± 0.5 μm) charge storage region. According to FIG. 18B, it was found that the ferroelectric capacitor of Reference Example 9 showed an increase in potential in the charge accumulation region at room temperature and accumulated surface charge induced by spontaneous polarization.

図15および図16を参照して、説明したように、本発明の強誘電体キャパシタが、金属の種類に関わらず、少なくとも金属層と強誘電体単結晶との間に強誘電体単結晶よりもバンドギャップの大きな誘電体層を位置させることにより、効率的に表面電荷を蓄積することから、金属層がAuの場合も同様に、Auと強誘電体単結晶との間に誘電体層を位置させることで、さらに効率的な表面電荷の蓄積が期待できる。   As described with reference to FIG. 15 and FIG. 16, the ferroelectric capacitor of the present invention has a ferroelectric single crystal at least between the metal layer and the ferroelectric single crystal regardless of the type of metal. Since the surface charge is efficiently accumulated by positioning the dielectric layer having a large band gap, the dielectric layer is similarly formed between Au and the ferroelectric single crystal even when the metal layer is Au. By positioning, more efficient surface charge accumulation can be expected.

本発明の強誘電体キャパシタは、強誘電体単結晶に由来する分極電荷を遮蔽するだけの電荷(表面電荷)を蓄積することができるので、自然エネルギーを利用した電源として機能し得る。また、本発明の強誘電体キャパシタは、焦電効果あるいは圧電効果に誘起して蓄積される表面電荷の電荷量が変化するので、このような電荷量の変化を利用したスイッチとしても機能し得る。さらに、本発明の強誘電体キャパシタを電源として、センサや電荷移動スイッチ等と接続し、電子デバイスを構築できる。また、本発明の強誘電体キャパシタは電子線リソグラフィなど選択した製造技術によりナノスケール化が可能であるので、ナノスケールの電源あるいは電子デバイスを提供できる。   Since the ferroelectric capacitor of the present invention can accumulate charges (surface charges) sufficient to shield polarization charges derived from a ferroelectric single crystal, it can function as a power source using natural energy. In addition, the ferroelectric capacitor of the present invention changes the charge amount of the surface charge that is accumulated by being induced by the pyroelectric effect or the piezoelectric effect. Therefore, the ferroelectric capacitor can also function as a switch using such a change in charge amount. . Furthermore, an electronic device can be constructed by connecting the ferroelectric capacitor of the present invention as a power source to a sensor, a charge transfer switch, or the like. In addition, since the ferroelectric capacitor of the present invention can be nanoscaled by a selected manufacturing technique such as electron beam lithography, a nanoscale power supply or electronic device can be provided.

100 強誘電体キャパシタ
110 電荷蓄積領域
120 強誘電体単結晶
130 金属層
140 強誘電体単結晶の表面
150、420、530 表面電荷
160 誘電体層
410 圧力
510 光
520 加熱装置
600 電子デバイス
610 素子
710 レジスト
720 領域
730 Al層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Ferroelectric capacitor 110 Charge storage area 120 Ferroelectric single crystal 130 Metal layer 140 Surface of ferroelectric single crystal 150, 420, 530 Surface charge 160 Dielectric layer 410 Pressure 510 Light 520 Heating device 600 Electronic device 610 Element 710 Resist 720 region 730 Al layer

Claims (14)

分極の方向が制御され、電荷蓄積領域を有する強誘電体単結晶であって、前記電荷蓄積領域は、前記強誘電体単結晶の表面の少なくとも一部の領域である、強誘電体単結晶と、
前記電荷蓄積領域の周りに位置する金属層と、
少なくとも前記強誘電体単結晶と前記金属層との間に位置する誘電体層と
を備え、
前記誘電体層のバンドギャップは、前記強誘電体単結晶のバンドギャップよりも大きく、
前記強誘電体単結晶に基づく電荷は、前記電荷蓄積領域上に閉じ込められ、蓄積される、強誘電体キャパシタ。
A ferroelectric single crystal having a charge accumulation region in which the direction of polarization is controlled, wherein the charge accumulation region is at least a partial region of the surface of the ferroelectric single crystal; ,
A metal layer located around the charge storage region;
A dielectric layer positioned at least between the ferroelectric single crystal and the metal layer,
The band gap of the dielectric layer is larger than the band gap of the ferroelectric single crystal,
A ferroelectric capacitor in which charges based on the ferroelectric single crystal are confined and stored on the charge storage region.
前記強誘電体単結晶は、ニオブ酸リチウム単結晶またはタンタル酸リチウム単結晶である、請求項1に記載の強誘電体キャパシタ。   The ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein the ferroelectric single crystal is a lithium niobate single crystal or a lithium tantalate single crystal. 前記金属層は、Al、CrおよびAuからなる群から選択される金属である、請求項3に記載の強誘電体キャパシタ。   The ferroelectric capacitor according to claim 3, wherein the metal layer is a metal selected from the group consisting of Al, Cr, and Au. 前記誘電体層および金属層は、前記電荷蓄積領域を包囲するように位置する、請求項1に記載の強誘電体キャパシタ。   The ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein the dielectric layer and the metal layer are positioned so as to surround the charge storage region. 前記誘電体層は、前記強誘電体単結晶と前記金属層との間に加えて、前記電荷蓄積領域上に位置する、請求項1に記載の強誘電体キャパシタ。   2. The ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein the dielectric layer is located on the charge storage region in addition to between the ferroelectric single crystal and the metal layer. 前記誘電体層は、SiO、AlおよびHfOからなる群から選択される誘電体材料である、請求項1に記載の強誘電体キャパシタ。 The ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein the dielectric layer is a dielectric material selected from the group consisting of SiO 2 , Al 2 O 3, and HfO 2 . 前記誘電体層の厚さは、5nm以上1μm以下である、請求項1に記載の強誘電体キャパシタ。   The ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein a thickness of the dielectric layer is not less than 5 nm and not more than 1 μm. 前記誘電体層は、3以上の比誘電率を有し、かつ、5nm以上1μm以下の範囲の厚さを有する、請求項5に記載の強誘電体キャパシタ。   The ferroelectric capacitor according to claim 5, wherein the dielectric layer has a relative dielectric constant of 3 or more and a thickness in a range of 5 nm to 1 μm. 前記誘電体層は、3.5以上の比誘電率を有し、かつ、5nm以上200μm以下の範囲の厚さを有する、請求項8に記載の強誘電体キャパシタ。   The ferroelectric capacitor according to claim 8, wherein the dielectric layer has a relative dielectric constant of 3.5 or more and a thickness in a range of 5 nm to 200 μm. 前記電荷は、前記強誘電体単結晶の自発分極により誘起された電荷、前記強誘電体単結晶の圧電効果により誘起された電荷、または、前記強誘電体単結晶の焦電効果により誘起された電荷である、請求項1に記載の強誘電体キャパシタ。   The charge is induced by the spontaneous polarization of the ferroelectric single crystal, the charge induced by the piezoelectric effect of the ferroelectric single crystal, or the pyroelectric effect of the ferroelectric single crystal. The ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein the ferroelectric capacitor is a charge. 前記電荷蓄積領域の直径は、1.5μm以上55μm以下の範囲である、請求項1に記載の強誘電体キャパシタ。   2. The ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein a diameter of the charge storage region is in a range of 1.5 μm to 55 μm. 前記強誘電体単結晶は、単一分極構造となるように分極の方向が制御されており、
前記電荷蓄積領域に対応する前記強誘電体単結晶の表面内部の極性は、+極性または−極性のいずれかである、請求項1に記載の強誘電体キャパシタ。
The ferroelectric single crystal is controlled in the direction of polarization so as to have a single polarization structure,
2. The ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein a polarity inside the surface of the ferroelectric single crystal corresponding to the charge storage region is either a positive polarity or a negative polarity.
前記強誘電体単結晶は、分極反転構造となるように分極の方向が制御されており、
前記電荷蓄積領域に対応する前記強誘電体単結晶の表面内部の極性は、+極性または−極性のいずれかである、請求項1に記載の強誘電体キャパシタ。
In the ferroelectric single crystal, the direction of polarization is controlled so as to have a polarization inversion structure,
2. The ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein a polarity inside the surface of the ferroelectric single crystal corresponding to the charge storage region is either a positive polarity or a negative polarity.
強誘電体キャパシタと半導体素子とを備えた電子デバイスであって、
前記強誘電体キャパシタは、請求項1〜13のいずれかに記載の強誘電体キャパシタであり、
前記半導体素子は、前記電荷蓄積領域と前記金属層との間に接続されており、前記電荷蓄積領域上に蓄積された電荷により動作するか、または、前記電荷蓄積領域上に蓄積された電荷の電荷量の変化を検出する、電子デバイス。
An electronic device comprising a ferroelectric capacitor and a semiconductor element,
The ferroelectric capacitor is a ferroelectric capacitor according to any one of claims 1 to 13,
The semiconductor element is connected between the charge storage region and the metal layer, and operates by the charge stored on the charge storage region or the charge stored on the charge storage region. An electronic device that detects changes in charge.
JP2014183184A 2014-09-09 2014-09-09 Ferroelectric capacitor and electronic device Active JP6425334B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014183184A JP6425334B2 (en) 2014-09-09 2014-09-09 Ferroelectric capacitor and electronic device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014183184A JP6425334B2 (en) 2014-09-09 2014-09-09 Ferroelectric capacitor and electronic device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016058523A true JP2016058523A (en) 2016-04-21
JP6425334B2 JP6425334B2 (en) 2018-11-21

Family

ID=55759001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014183184A Active JP6425334B2 (en) 2014-09-09 2014-09-09 Ferroelectric capacitor and electronic device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6425334B2 (en)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05327556A (en) * 1992-05-21 1993-12-10 Fujitsu Ltd Pyroelectric signal transmitting element
JPH11261127A (en) * 1998-03-10 1999-09-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Piezoelectric component, piezoelectric sensor, piezoelectric actuator, and ink jet printer head
WO2004107466A1 (en) * 2003-05-08 2004-12-09 Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. Electric switch and storage device using same
JP2004354654A (en) * 2003-05-28 2004-12-16 Kyocera Corp Polarizing convertor and polarized wave dispersion compensator
JP2005148203A (en) * 2003-11-12 2005-06-09 National Institute For Materials Science Polarization inversion method by defect density control and optical wavelength conversion element
JP2007003885A (en) * 2005-06-24 2007-01-11 Shimadzu Corp Method for manufacturing substrate having periodical polarization inversion region
WO2007049793A1 (en) * 2005-10-25 2007-05-03 National Institute For Materials Science Method of forming polarization reversal area, apparatus thereof and device using it
JP2007121194A (en) * 2005-10-31 2007-05-17 Nec Corp Photo detection element
JP2014010154A (en) * 2012-06-29 2014-01-20 National Institute For Materials Science Surface enhanced raman spectroscopic analysis(sers) substrate, method for manufacturing the same and biosensor using the same and micro channel device using the same

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05327556A (en) * 1992-05-21 1993-12-10 Fujitsu Ltd Pyroelectric signal transmitting element
JPH11261127A (en) * 1998-03-10 1999-09-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Piezoelectric component, piezoelectric sensor, piezoelectric actuator, and ink jet printer head
WO2004107466A1 (en) * 2003-05-08 2004-12-09 Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. Electric switch and storage device using same
JP2004354654A (en) * 2003-05-28 2004-12-16 Kyocera Corp Polarizing convertor and polarized wave dispersion compensator
JP2005148203A (en) * 2003-11-12 2005-06-09 National Institute For Materials Science Polarization inversion method by defect density control and optical wavelength conversion element
JP2007003885A (en) * 2005-06-24 2007-01-11 Shimadzu Corp Method for manufacturing substrate having periodical polarization inversion region
WO2007049793A1 (en) * 2005-10-25 2007-05-03 National Institute For Materials Science Method of forming polarization reversal area, apparatus thereof and device using it
JP2007121194A (en) * 2005-10-31 2007-05-17 Nec Corp Photo detection element
JP2014010154A (en) * 2012-06-29 2014-01-20 National Institute For Materials Science Surface enhanced raman spectroscopic analysis(sers) substrate, method for manufacturing the same and biosensor using the same and micro channel device using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP6425334B2 (en) 2018-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huang et al. Gate‐coupling‐enabled robust hysteresis for nonvolatile memory and programmable rectifier in van der Waals ferroelectric heterojunctions
Wan et al. Room-temperature ferroelectricity and a switchable diode effect in two-dimensional α-In 2 Se 3 thin layers
Yang et al. Manipulation of oxygen vacancy for high photovoltaic output in bismuth ferrite films
Zhou et al. Ferroelectric‐Gated Two‐Dimensional‐Material‐Based Electron Devices
Jia et al. Origin of attendant phenomena of bipolar resistive switching and negative differential resistance in SrTiO3: Nb/ZnO heterojunctions
Chen et al. The conduction mechanism of large on/off ferroelectric diode currents in epitaxial (111) BiFeO3 thin film
Agarwal et al. Switchable photovoltaic and polarization modulated rectification in Si-integrated Pt/(Bi0. 9Sm0. 1)(Fe0. 97Hf0. 03) O3/LaNiO3 heterostructures
Ma et al. Detangling extrinsic and intrinsic hysteresis for detecting dynamic switch of electric dipoles using graphene field-effect transistors on ferroelectric gates
Luo et al. Growth and characterization of lead-free piezoelectric BaZr0. 2Ti0. 8O3–Ba0. 7Ca0. 3TiO3 thin films on Si substrates
Xu et al. Influence of La and Mn dopants on the current-voltage characteristics of BiFeO3/ZnO heterojunction
Gerber et al. Low-voltage operation of metal-ferroelectric-insulator-semiconductor diodes incorporating a ferroelectric polyvinylidene fluoride copolymer Langmuir-Blodgett film
Ma et al. Transparent antiradiative ferroelectric heterostructure based on flexible oxide heteroepitaxy
Thakre et al. Electroforming free high resistance resistive switching of graphene oxide modified polar-PVDF
Sun et al. Tunable transport characteristics of double-gated graphene field-effect transistors using P (VDF-TrFE) ferroelectric gating
Yuan et al. A ferroelectric tunnel junction based on the piezoelectric effect for non-volatile nanoferroelectric devices
Li et al. Nonvolatile charge memory with optical controllability in two-terminal pristine α-In2Se3 nanosheets
Jia et al. Ferroelectric polarization-controlled resistive switching in BaTiO3/SmNiO3 epitaxial heterostructures
Dragoman et al. Wafer-scale very large memory windows in graphene monolayer/HfZrO ferroelectric capacitors
Cagin et al. Hysteretic metal–ferroelectric–semiconductor capacitors based on PZT/ZnO heterostructures
JP6371171B2 (en) Ferroelectric capacitor and electronic device
Lei et al. Ferroelectric and flexible barrier resistive switching of epitaxial BiFeO 3 films studied by temperature-dependent current and capacitance spectroscopy
Kalbitz et al. Stability of polarization in organic ferroelectric metal-insulator-semiconductor structures
Wang et al. Electroresistance of Pt/BaTiO3/LaNiO3 ferroelectric tunnel junctions and its dependence on BaTiO3 thickness
JP6425334B2 (en) Ferroelectric capacitor and electronic device
US9406513B2 (en) Graphene laminate with band gap

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170627

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180625

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180703

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180712

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181009

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181022

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6425334

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250