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組織・研究分野

誘電ナノデバイス [長・山末] 研究室

教員・職員

photo 教授   長   康雄 (電気通信研究所)
准教授 山末 耕平 (電気通信研究所)
助教   平永 良臣
助教   山岸 裕史

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3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3参照)

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。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

  1. 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
  2. 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
  3. ナノドメインエンジニアリングを用いた強誘電体機能素子の研究
  4. 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
  5. フラッシュメモリ中の蓄積電荷の可視化及びドーパントプロファイル計測の研究
東北大学 電気・情報系
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