日立製作所は、村田製作所と共同で、圧電素子や強誘電体不揮発性メモリーなどに利用されている強誘電体材料の微細な電気的分極構造を、計測・可視化する「クーロン偏向走査透過型電子顕微鏡（STEM）法」を開発したと発表した。同法は、細く絞った電子線を強誘電体の薄膜試料に照射した時に、電子線の進行方向が強誘電体内部の電場によって曲げられるクーロン偏向を利用したもので、偏向の大きさと方向から試料内部に存在する電場の大きさと方向を求める。

　照射スポット径をナノメートル以下まで絞った電子線を用いることで強誘電体薄膜の分極における電場ベクトルの様子をナノメートルの空間分解能で観察することを実現。加速電圧300kV、照射スポット径0.5nmの電子線を使って、厚さ300nmの薄膜内部の分域構造を計測したところ、ナノメートルサイズの分域について電場ベクトル分布を可視化することに成功した。同法を用いることにより、強誘電体試料内部の分極構造を詳細に観察することが可能となり、強誘電体材料を利用した製品において高度な設計・製造を実現する計測技術として期待されるという。

　強誘電体は、外部から電場を加えなくても電気的な分極を持ち、その内部は、方位の異なる電場を持つナノメートル単位の領域から構成されている。強誘電体を用いた電子デバイスの性能は、電場の揃った微細な領域（分域）の電場変化に影響を受けるとみられる。そのため、強誘電体を用いた電子デバイスの開発・製造においては、分域の電場の大きさや方向を評価する技術が必要という。

　今回開発したクーロン偏向STEM法では、偏向を受けながら試料を透過した電子線の到達位置を検出器で計測、偏向を受けない場合の電子線の到達位置との差分からクーロン偏向の大きさと方向を定量的に測定する。電場の方向と大きさを、矢印の向きと太さで表示することによって、試料内部の電場ベクトルを可視化する。また、村田製作所の強誘電体作成技術により強誘電体の性質を破壊することなく観察試料を薄膜化することで試料内部の分域構造の計測が可能になったという。日立では今後、同技術の時間分解能や感度の向上に取り組み、強誘電体以外の材料への応用も図っていく。