反応性パルスDCスパッタリング成膜における BiFeO_3系強磁性·強誘電薄膜の高品位作製の指針

摘要

強磁性·強誘電材料は，印加電界Eによる磁化Mの方向制御，印加磁場がによる電気分極Pの方向制御が可能とされているため，革新的な次世代電子材料として注目されている．本材料を電圧駆動型の磁気デバイスに使用する場合，高信号出力化などの観点から高い飽和磁化M_sが求められる．以前，本研究グループではRFスパッタリング法を使用してBi_(1-x)Ba_xFeO_3薄膜を作製していたが，そのM_sの最大値はBi_(1-x)Ba_xFeO_3粉末のM_sの半分程度の60emu/cm~3しか示さなかった．そこで，薄膜を高品位に作製するため，RFスパッタリング法に代えて，反応性パルスDC(R-PDC)スパッタリング法りを用いてBi_(1-x)Ba_xFeO_3系薄膜の作製を試みた．R-PDCスパッタリング法では最大92emu/cm~3となり，Msの大幅な向上が見られた．また，R-PDCスパッタリング法で作製した薄膜は，RFスパッタリング法で作製した薄膜に比べ，成膜速度は5倍程度，抵抗値は20倍程度となり，他の特性に関しても大幅な向上が見られた．しかし，R-PDCスパッタリング法における成膜条件として，一般的な成膜電力に加え，パルス周波数やターゲット素材なども存在し，これらと薄膜の品質における相関は詳しくわかっていない．本研究では，R-PDCスパッタリング法で作製した薄膜の磁気特性における，成膜電力依存，パルス周波数依存，ターゲット素材依存を明らかにすることを目的とした．