JP6371171B2 - 強誘電体キャパシタおよび電子デバイス - Google Patents
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前記ショットキー接合がp型ショットキー接合である場合、前記強誘電体単結晶の仕事関数φFは、前記金属層の仕事関数φMよりも大きく、前記ショットキー接合がn型ショットキー接合である場合、前記強誘電体単結晶の仕事関数φFは、前記金属層の仕事関数φMよりも小さくてもよい。
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。
前記強誘電体単結晶は、ニオブ酸リチウム単結晶であり、前記金属層は、4.5eV以上の仕事関数を有する金属からなってもよい。
前記金属層は、CrまたはAuからなってもよい。
前記金属層は、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量の変化を検出し、これにより上記課題を達成する。
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層である強誘電体キャパシタを製造した。
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の極性面が逆である以外は、比較例1と同様の手順で製造した。
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、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、比較例1と同様の手順で製造した。
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、金属層130がCr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の極性面が逆である以外は、実施例3と同様の手順で製造した。
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。金属層が異なる以外は、比較例1と同様の手順で製造した。
実施例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Au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の極性面が逆である以外は、実施例5と同様の手順で製造した。
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)と矩形(長手方向の長さ3μm)とを組み合わせた領域であり、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が異なる以外は、比較例1と同様の手順で製造した。
参考例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+極性面を有する矩形(長手方向の長さ50μm)の領域であり、金属層130がAl層である強誘電体キャパシタを製造した。参考例8では、SLN単結晶の表面に電子線蒸着によりSiO2層(200nm)を付与しており、電子線を照射するパターンが異なる以外は、比較例1と同様の手順で製造した。
図9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。
図11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。
図15は、実施例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。
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
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
Claims (11)
- 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
を備え、
前記強誘電体単結晶と前記金属層との接触界面にショットキー接合が形成されており、
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。 - 前記ショットキー接合がp型ショットキー接合である場合、前記強誘電体単結晶の仕事関数φFは、前記金属層の仕事関数φMよりも大きく、
前記ショットキー接合がn型ショットキー接合である場合、前記強誘電体単結晶の仕事関数φFは、前記金属層の仕事関数φMよりも小さい、請求項1に記載の強誘電体キャパシタ。 - 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。
- 前記強誘電体単結晶は、ニオブ酸リチウム単結晶であり、
前記金属層は、4.5eV以上の仕事関数を有する金属からなる、請求項3に記載の強誘電体キャパシタ。 - 前記金属層は、CrまたはAuからなる、請求項4に記載の強誘電体キャパシタ。
- 前記金属層は、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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 強誘電体キャパシタと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1〜10のいずれかに記載の強誘電体キャパシタであり、
前記素子は、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。
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