NIMS、ナノスケール領域で世界最高レベルの性能を有する原子層誘電体の開発に成功

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物質・材料研究機構(NIMS)は2017年8月3日、同機構の研究グループが膜厚10nm(ナノメートル)以下のナノスケール領域で、世界最高レベルの誘電率を持つ誘電体膜の開発に成功したと発表した。高誘電体として知られる層状ペロブスカイト構造を持つナノシートを作成し、原子レベルの層制御により高誘電率化を実現したもので、誘電率は470、電気容量は203μF/cm2としている。

グラフェンなどの原子層物質、2次元物質は薄く強靭で高い電気伝導性を有するなど優れた特性があることから、世界中で研究が行われている。加えて、これら2次元物質の電子デバイスへの応用が検討されている中で、グラフェンにはない新機能の開拓を目指す「ポストグラフェン材料」への関心も高まっている。特に、電荷を蓄え絶縁性を有する誘電体は、コンデンサ、メモリ、トランジスタなどの電子デバイスに欠かせないが、これまで開発された2次元物質の多くが電気伝導性材料のため、高い誘電率を有し、特性を自在に制御できる材料の開発が待ち望まれていた。

同研究グループは、これまで酸化物ナノシートをベースにした誘電体材料の開発を進めており、今回、高誘電体として知られる層状ペロブスカイト構造を持つ一連の物質群の中から同ナノシートの開発に成功した。この誘電体は、原子レベルで構造を制御することで、誘電率のコントロールが可能となる。今後は同研究の成果を利用して、従来比で100分の1の小型化と、1000倍以上の大容量化を同時に実現する、高性能のコンデンサ素子の開発が期待できるとしている。

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