エピタキシャルPt/ZrO₂/Si層における界面構造の段階的な変化のメカニズム

当社の研究成果が、応用物理学分野の学術誌「Japanese Journal of Applied Physics」に掲載されました。
（当社社員の筆頭著者。大阪大学、奈良先端科学技術大学院大学との共著）

私たちの身の回りには、スマートフォンやウェアラブル機器、自動車、産業機器など、多くの電子機器が存在します。これらの機器の高性能化や小型化を支えているのが「MEMS」と呼ばれる微細加工技術です。MEMSデバイスの中でも、電気信号と機械的な振動を相互に変換できる「圧電材料」は、高感度センサーやアクチュエータ、高周波通信デバイスなどへの応用が期待されています。
一方で、高性能な圧電材料をシリコン基板上に形成することは容易ではありません。圧電材料とシリコンでは原子の並び方や結晶構造が大きく異なるため、高品質な結晶を成長させることが難しいという課題がありました。この課題を解決するため、当社ではシリコン基板上にジルコニア（ZrO₂）と白金（Pt）の薄膜を形成し、その上に機能性材料を成長させる独自のエピタキシャル基盤技術の研究開発を進めています。

今回の研究では、このPt/ZrO₂/Si多層構造の界面を原子レベルで詳細に解析し、高品質な結晶成長が実現される仕組みを明らかにしました。その結果、ジルコニアと白金の境界部分に非常に薄い反応層が形成され、この層が異なる材料同士の結晶構造の違いを吸収する「橋渡し」の役割を果たしていることを発見しました。これにより、本来は結晶成長が難しい材料同士でも、高品質な単結晶薄膜を形成できることが分かりました。この成果は、圧電薄膜を用いた高性能MEMSデバイスの実用化を支える重要な技術的知見となります。さらに、当社では6インチや8インチといった量産用シリコンウェハでも本技術を適用したウエハをご提案できるため、研究開発段階にとどまらず、将来的な量産展開にも大きな可能性を持っています。（KRYSTAL^® Wafer）

今後は、本研究で得られた知見を活かし、圧電MEMSセンサー、アクチュエータ、高周波フィルタなどの次世代デバイス開発をさらに推進してまいります。Beyond 5G／6G通信、IoT、自動車、医療機器など幅広い分野において、より高性能で小型・低消費電力なデバイスの実現に貢献することで、社会の発展に寄与してまいります。

【論文情報・リンク】
“Mechanism of the sequential interface structures changes in the epitaxial Pt/ZrO₂/Si”
Azusa N. Hattori, Osamu Nakagawara, Hidekazu Tanaka, Ken Hattori and Kenji Ogata
Japanese Journal of Applied Physics, 65 (2026) 165501.
Mechanism of the sequential interface structures changes in the epitaxial Pt/ZrO₂/Si – IOPscience
https://iopscience.iop.org/article/10.35848/1347-4065/ae86a3
※技術論文は英語版のみとなります。