FeRAM / 薄膜ピエゾ特性評価原理

FeRAM and Thin-Film Piezoelectric Characterization Principles
（教育資料・社外公開可）

1. FeRAMのヒステリシス特性評価

1. Hysteresis Characterization in FeRAM

✅ 測定波形

三角波入力（Triangular wave input）
→ Pr, Pm, Vcなどの特性評価（標準的なヒステリシスループ）
PUND法（Positive-Up Negative-Down）
→ 実動作に近い矩形波で、スイッチング電流と非スイッチング電流を分離可能
→ Pr抽出に有効

✅ 主なパラメータ（Key Parameters）

| 項目 | 意味 | 単位 | |——|——|——| | Pm | 最大分極（Maximum polarization） | μC/cm² | | Pr | 残留分極（Remanent polarization） | μC/cm² | | Vc | 保証電圧（Coercive voltage） | V | | 2Pr | 記憶保持力の指標（Memory window） | μC/cm² |

2. 薄膜ピエゾ特性とバタフライカーブ

2. Thin-Film Piezoelectric Properties and Butterfly Curve

✅ アクチュエータ用途の理想

高Pm → 高変位ストローク
MEMSマイクロアクチュエータ、スピーカー、インクジェットなどで利用

✅ バタフライカーブ（Butterfly Curve）

横軸：印加電圧、縦軸：変位量（nmオーダー）
分極反転点で変位が非線形にジャンプ
ヒステリシスを持つ蝶型ループを形成

3. 測定法：LDV / DBLI

3. Measurement Methods: LDV and DBLI

✔ レーザードップラー変位計（LDV）

MEMS振動板構造が必要（裏面研磨を伴う）
nmスケール変位の測定に適す

✔ DBLI（Double Beam Laser Interferometer） by aixACCT（Germany）

裏面研磨
フルウエハ対応
PZT薄膜の表面たわみをナノ精度で計測可能
バタフライカーブや電界依存変位特性をそのまま抽出可能

  Laser 1      Laser 2
     ↓            ↓
    ●────────────●   ← PZT薄膜表面（2点）
    ─────────────────
        Si基板（裏面加工不要）

4. 比較と使い分け

4. Comparison: FeRAM vs. Piezo Thin-Film Use Cases

観点	FeRAM用途	ピエゾアクチュエータ用途
主目的	電気的記憶保持	機械的変位出力
評価波形	三角波 / PUND	矩形波 / LDV / DBLI
測定対象	分極電流	表面変位（nm）
理想形状	縦長ヒステリシスループ	バタフライカーブ

5. 補足・教育応用

5. Notes and Educational Use

DBLIやPUND法などの測定技術は、材料開発段階からの迅速なスクリーニングに有効
特定の企業仕様や試験条件を含まず、教育資料・社外共有資料として安全に活用可能