（白井 正文）教授平永 良臣准教授図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)Fig.1 Ultra-high density actual information storage using ferroelectric nano-domain manipulation (4 Tbit/inch2)山末 耕平准教授図2. SiCパワーMOSFETのドーパントプロファイルの計測Fig.2 Dopant profile measurement of SiC power MOSFET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Fig.3 Atomic resolution imaging of graphene on SiC by ultrahigh vacuum noncontact scanning nonlinear dielectric potentiometry27(Masafumi Shirai)Professor Yoshiomi HiranagaAssociate Professor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）。 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。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。Kohei YamasueAssociate ProfessorThe aim and target of the dielectric nano-devices laboratory are de-veloping the research on the dielectric measurement of electronic materials using nano-technologies and applying its fruits to high-per-formance next generation electronic devices.Our main area of interest is evaluation and development of dielectric materials, including ferroelectric and piezoelectric materials and their application to communication devices and ferroelectric data storage systems. Our major contributions to advancement in these fields are the invention and the development of “Scanning Nonlinear Dielec-tric Microscope” (SNDM) which is the first successful purely electrical method for observing the ferroelectric polarization distribution without the influence of the shielding effect by free charges and it has already been put into practical use. The resolution of the microscope has been improved up to atomic scale-order. Therefore, it has a great potential for realizing the ultra-high density ferroelectric recording system. Our recent research achieved the recording density of 4 Tbit/inch2 in actual information storage, requiring an abundance of bits to be packed to-gether (Fig.1). Moreover, we have started the novel applications of SNDM to the evaluation of semiconductors such as dopant profiling in SiC power devices (Fig.2) and defect imaging in buried dielectric-semiconductor interfaces. Because SNDM can detect very small capacitance variation, it can be a very powerful evaluation tool for various materials. Now SNDM evolves into a new evaluation technique for insulator and semi-conductor materials besides ferroelectric materials (Fig.3).We are promoting research aimed at the practical application of ferroelec-tric probe data storage, and are conducting a wide range of research and development from the production and evaluation of recording media to the prototype development of the read/write system. In addition, we are focusing on the evaluation of ferroelectric and piezoelectric materials using scanning nonlinear dielectric microscopy. We are developing the advanced measurement system for revealing nanoscale dynamics of polarization re-versal behavior aiming at contributing to the progress of this field.We intend to contribute to future information and communication technology through the creation of an innovative nano- and atom-ic-scale measurement platform for the evaluation of the emerging electronic materials and devices. In particular, we are developing scanning nonlinear dielectric microscopy and potentiometry for the atomic-scale investigation of material properties regarding electric polarization on surfaces and interfaces. We are also working on the establishment of a multifunctional time-resolved scanning probe microspectroscopy system. By integrating it with simulation and da-ta-driven approach, we aim to realize advanced analysis and character-ization of next-generation materials and devices including two-dimen-sional crystals and wide bandgap semiconductors.Research ActivitiesNanoscale Dielectric Measurement Systems (Assoc. Prof. Yamasue)Dielectric Materials Science and Engineering(Assoc. Prof. Hiranaga)誘電ナノ物性計測システム研究分野｜山末准教授誘電物性工学研究分野｜平永准教授Staff誘電ナノデバイス研究室Dielectric Nano-Devices研究活動
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