教授 長 康雄

准教授 山末 耕平

助教 平永 良臣

特任助教山岸 裕史

平永良臣 山末耕平 長康雄 山岸裕史

研究室紹介動画

研究活動

誘電ナノデバイス研究室の目的・目標は、第一にナノテクノロジーを駆使した電子材料の誘電計測に関する研究の発展を図ることと、その成果を高性能次世代電子デバイスの開発へ応用することである。またそれらの研究活動を通じて、次世代を担う若い研究者や学生を育て上げることも重要な目標としている。特に、実験を中心にした実学重視の体制で研究・教育を行っており、若手の活躍の機会をできるだけ大きくするように努め、学生の学会活動等も積極的に推進している。

研究室Webページ

東北大学電気情報系Webページ

誘電ナノデバイス研究分野|長教授

本分野では、強誘電体、常誘電体、圧電体材料など誘電材料一般の評価・開発及びそれらを用いた高機能通信デバイスや記憶素子の研究を行っている。
具体的には、超音波や光及び Fe- RAM 等に多用され、近年その発展がめざましい強誘電体単結晶や薄膜の分極分布や様々な結晶の局所的異方性が高速かつ高分解能に観測できる非線形誘電率顕微鏡を開発している。この顕微鏡は非線形誘電率の分布計測を通して、強誘電体の残留分極分布の計測や結晶性の評価が焦電現象や圧電現象、電気光学現象などを用いずに純電気的に行える世界で初めての装置であり、既に実用化もされている。その分解能も、現在では強誘電体で1ナノメータを切っており、半導体においては原子分解能を達成している。本顕微鏡用プローブを例えば強誘電体記録の再生装置に用いれば、現在まで実現できなかった超高密度な記録方式が実現可能になるなど、本顕微鏡は強誘電材料の評価にとどまらず、今後大きく発展していく技術である。実際、SNDM ナノドメインエンジニアリングシステムを用いた強誘電体データストレージにおいて、単一ドットでは直径2.8ナノメータのドメインの生成に成功しており、また多数のドメインドットを高密度に記録する実情報の記録で、一平方インチ当たり4テラビットのデータストレージにも成功している。(図2参照)
また、SNDM は非常に微小な静電容量の変化を計測できるという特長を有しているので、強誘電体のみならず種々の材料の微小な誘電率変化の分布を高感度に検出可能である。この特長を生かし、高集積化が進む半導体デバイスにおいて特にフラッシュメモリ中の蓄積電荷の可視化や、半導体中のドーパントプロファイルの計測などにも SNDM は大きな威力を発揮すると考えられ研究を進めている。(図3参照)このように、SNDM は強誘電体に限らず新たな材料評価法へと発展しつつある。

研究テーマ

  • 超高分解能(原子分解能を持つ)走査型非線形誘電率顕微鏡の開発
  • 非線形誘電率顕微法を用いた超高密度誘電体記録の研究
  • 新開発・非線形誘電率電位計測法による双極子由来表面電位の原子分解能計測(SNDP)
  • 非線形誘電率顕微鏡を用いた強誘電材料・圧電材料の評価法の研究
  • 新開発・超高次非線形誘電率顕微鏡法を用いた半導体素子中のドーパントプロファイル計測の研究(Si系,SiC他)

誘電ナノ物性計測システム研究分野|山末准教授

将来の情報通信に不可欠な次世代電子材料・デバイスの研究開発に貢献するナノスケール物性評価技術に関する研究に取り組んでいる。特に物質表面や界面に生じる電気分極に関わる物性を原子スケールで定量的に測定可能な走査型非線形誘電率ポテンショメトリと呼ばれるプローブ顕微鏡を開発している。また、提案手法と既存の顕微鏡法を組み合わせた多機能プローブ顕微鏡システムを開発し、同システムを新規な2次元材料を含む各種電子材料・デバイス評価に応用する研究を展開している(図3)。

研究テーマ

  • 原子分解能を有する非接触走査型非線形誘電率ポテンショメトリの開発
  • 原子分解能・多機能プローブ顕微鏡システムの開発と次世代電子材料・デバイス評価への応用

図1. 微小分極反転ビットデータによる実情報記録例( 4 Tbit/inch2)
2. SiCパワーMOSFETのドーパントプロファイルの計測
3. 超高真空非接触走査型非線形誘電率ポテンショメトリによるSiC上グラフェンの原子分解能観察