半導体基板上で非鉛圧電体の性能向上を実証

～汎用成膜法で多数の条件を同時に評価し実現～

2026（令和8）年3月17日
大阪公立大学
大阪産業技術研究所
科学技術振興機構（JST）

発表のポイント

電子デバイス製造で広く用いられるスパッタ法を活用し、半導体基板（シリコンウエハー）上に非鉛圧電単結晶薄膜を作製。
多数の成膜条件を1枚の基板上で同時に評価できる手法により、材料特性の最適化を効率的に実施。
最適化した材料を用いて超小型振動発電デバイスを試作し、5倍の性能向上を実証。

圧電材料は力を加えると電気が生じ、電気を加えると形が変わる性質を持つ材料で、圧力センサーやイヤホンなどに広く用いられています。鉛を使用しない圧電材料として注目されるビスマス鉄酸化物（BiFeO3、BFO）は、圧縮の力により圧電性能が向上することが報告されていましたが、この効果は実用的な半導体基板上では適用が難しいと考えられていました。
大阪公立大学 大学院工学研究科 吉村 武 准教授、Sengsavang Aphayvong（セーンサワーン・アパイウォン） 大学院生（研究当時）、大阪産業技術研究所による研究グループは、引張ひずみを積極的に利用するという発想により、半導体基板上でもBFOの構造相転移を誘起でき、圧電特性を向上させることに成功しました。本研究結果により、非鉛圧電材料の実用化を大きく前進させることが期待されます。
本研究成果は、2026年3月17日（現地時間）に、国際学術誌「Microsystems & Nanoengineering」にオンライン掲載されました。
本研究は、科学技術振興機構（JST） 先端国際共同研究推進事業（ASPIRE）（課題番号：JPMJAP2312）、JST 戦略的創造研究推進事業 CREST（課題番号：JPMJCR20Q2）の支援を受けて実施しました。

＜プレスリリース資料＞

本文　PDF（400KB）

＜論文タイトル＞

“Enhanced Electromechanical Coupling in Piezoelectric MEMS Vibration Energy Harvesters via Strain-induced Phase Transition in Mn-doped Bismuth Ferrite Epitaxial Films”

DOI：10.1038/s41378-026-01177-5

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