超高密度ターゲットを用いたパルスレーザー堆積法によるFe系およびMn系ペロブスカイト型酸化物薄膜の作製

摘要

LaFeO_3（LFO）およびCaFeO_x（CFO）薄膜をパルスレーザ堆積（PLD）法により作製した。ターゲットは固相反応（SS）法およびペチーニ（Pec）法で作製した粉末を用いて作製した。LFOおよびCFOのどちらのターゲットに関しても、Pec法を用いた場合、レーザーアブレーション後ターゲット表面は平坦であったことからターゲット内は均一な元素分布であると考えられる。さらに、ペチーニ法で作製した粉末を用いたターゲット密度はLFOが95.5％、CFOが96.4％と超高密度であった。薄膜表面はPec法で作製したターゲットを用いた場合のみステップテラス構造を示した。SS法によるLFOターゲットでは、高速電子線回折（MED）の反射強度振動がほとんど確認できなかった。成長の初期段階におけるRHEED強度振動から見積もった堆積膜厚の誤差は、SS法においては-48％と大幅に堆積量が少なかった。一方、Pec法での誤差は＋6.3％（135ユニット，53.7nm）と非常に正確に成長速度を制御できることがわかった。LFO薄膜において逆格子マップ（Reciprocal Space Mappings：RSM）から算出した単位胞体積はバルクの体積と比較すると誤差0.4％で一致した。CFO薄膜は長時間の成膜により酸素欠損をしたCa_2Fe_2O_5（CFO_(2.5)）となることがわかった。また、CFOの成膜速度はLFO薄膜同様一定であった。逆格子マッピングから算出した単位胞体積はCFO_(2.5)のバルクの体積と一致した。RHEED反射強度振動より3ユニットまでと5ユニット以降の一層当たりの成長時間に2倍の差があった。それぞれ成膜し表面を比較すると5ユニット成長させた表面では3ユニット成長させた表面よりも0.7nmの高さの粒子が多く存在していた。0.55［nm］から0.70［nm］までの粒子の割合を算出すると3ユニット成長させた場合では約18％、5ユニット成長させた場合では約34％であった。CFOの格子定数は約0.4nmであることから格子間隔が2倍のCFO_(2.5)が成長したと考えている。またユニット数が増加するにしたがってCFO_(2.5)の割合も増加していると考えている。Pec法により超高密度なターゲットの作製および超高密度ターゲットを用いて高精度に膜厚を制御した良質な薄膜の作製を実現した。