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誘電ナノデバイス研究室

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誘電ナノデバイス研究室

教員

[ 准教授 ] 山末 耕平
[ 准教授 ] 平永 良臣

研究室HP

https://www.d-nanodev.riec.tohoku.ac.jp/

研究活動

誘電ナノデバイス研究室の目的・目標は、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、および、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。強誘電体、常誘電体、圧電体材料など誘電材料一般評価・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、超音波デバイスや光デバイス、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、様々な結晶の局所的異方性が高速かつ高分解能で観測できる走査型非線形誘電率顕微鏡(SNDM)を開発している。SNDMは強誘電体の残留分極分布観察や結晶性評価が純電気的に行える世界初の装置であり、既に実用化もされている。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。本顕微鏡を例えば強誘電体記録の再生装置に用いれば、従来困難であった超高密度な情報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、今後大きく発展が見込まれる。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、実情報で1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1)。
また、SNDMは高集積化が進む半導体デバイスのドーパントプロファイリングや絶縁体-半導体界面物性のナノスケール評価などにも大きな威力を発揮する(図2)。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(図3)。

図1. 微小分極反転ビットデータによる実情報記録例(4Tbit/inch²)
図2. SiCパワーMOSFETのドーパントプロファイルの計測
図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

誘電ナノ物性計測システム研究分野|山末准教授

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顕微鏡/ポテンショメトリの開発
  • 多機能・時間分解プローブ顕微分光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

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・原子スケール物性の計測プラットフォームを創出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分極に関わる物性を原子スケールで測定可能な走査型非線形誘電率顕微鏡/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。さらに、同顕微鏡を多機能・時間分解プローブ顕微分光システムに発展させると同時に、シミュレーションやデータ駆動型アプローチと融合させ、新規な2次元材料・デバイスやワイドバンドギャップ半導体材料・デバイスを含む各種電子材料・デバイス評価への応用を開拓する研究を展開している。

誘電物性工学研究分野|平永准教授

研究テーマ

  • 強誘電体プローブデータストレージの開発
  • 強誘電体・圧電体材料およびデバイスのナノスケール評価手法の開発

本研究分野では強誘電体プローブデータストレージの実用化を目指した研究を推進しており、記録媒体の作製・評価から記録再生システムの構築に至るまで、幅広い研究開発を行っている。また、走査型非線形誘電率顕微鏡を駆使して主に強誘電体・圧電体材料の評価に関する研究を重点的に行っている。従来の静的ドメイン観察に留まらず、動的な分極反転挙動を明らかにする評価手法の開発を通じて、当該分野の発展に資する研究を展開している。

関連動画

研究室のようすThe state of the research

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