Device physics of low-voltage transistors using gate-induced phase transitions

• Project/Area Number: 17H04812
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Thin film/Surface and interfacial physical properties
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Yajima Takeaki 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (10644346)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥24,700,000 (Direct Cost: ¥19,000,000、Indirect Cost: ¥5,700,000); Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2018: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2017: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
• Keywords: 酸化バナジウム / 金属絶縁体転移 / モットトランジスタ / シングルドメイン / 微細化 / スケーリング / ジュール熱 / 非平衡 / 不安定 / 相共存 / 不均質性 / スティープスロープ / 電子・電気材料 / 低消費電力 / 電界効果トランジスタ / VO2 / ナノ構造 / 強相関エレクトロニクス / 結晶成長 / ナノ材料 / 電子デバイス・機器

Outline of Final Research Achievements

The VO2-channel transistor with metal-insulator transition was scaled down. A discontinuous switching with the single domain operation was successfully demonstrated. The results indicate the inhomogeneity of the phase transition was suppressed and the intrinsic property of the material was successfully utilized in the device operation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

相転移を利用した低電圧動作トランジスタを作製する際に、相転移に一般的な空間的不均質性をどう抑制するかは本質的な課題であった。今回の結果は、この課題を解決した点で、相転移トランジスタ研究の一つのマイルストーンだと言える。また今回作成したシングルドメインデバイスは、相転移トランジスタのデバイス物理を構築するための重要な基本デバイスとなることが期待できる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 北京科技大学(中国)
• [Int'l Joint Research] 北京科技大学(中国)
• [Journal Article] Modulation of VO2 Metal-Insulator Transition by Ferroelectric HfO2 Gate Insulator (2020)
  • Author(s): Yajima Takeaki、Nishimura Tomonori、Tanaka Takahisa、Uchida Ken、Toriumi Akira
  • Journal Title: Advanced Electronic Materials Volume: Early view Issue: 5 Pages: 1901356-1901356
  • DOI: 10.1002/aelm.201901356
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-speed low-energy heat signal processing via digital-compatible binary switch with metal-insulator transitions (2019)
  • Author(s): Yajima T.、Tanaka T.、Samata Y.、Uchida K.、Toriumi A.
  • Journal Title: IEDM Volume: 19 Pages: 903-906
  • DOI: 10.1109/iedm19573.2019.8993502
  • Peer Reviewed
• [Presentation] VO2 Mott Transistors for Low-Voltage ON/OFF Switching (2020)
  • Author(s): Takeaki Yajima
  • Organizer: 21th International Symposium on Eco-materials Processing and Design
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] VO2 Mott Transistors for Low-Voltage ON/OFF Switching. (2020)
  • Author(s): Takeaki Yajima
  • Organizer: 21th International Symposium on Eco-materials Processing and Design
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] High-speed low-energy heat signal processing via digital-compatible binary switch with metal-insulator transitions (2019)
  • Author(s): Takeaki Yajima
  • Organizer: IEDM2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Impact of Scaling the VO2-Channel Mott Transistor below Material Correlation Length (2019)
  • Author(s): Takeaki Yajima
  • Organizer: SSDM2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 超急峻スイッチングを可能にするVO2モットトランジスタの特殊な動作モード (2019)
  • Author(s): 矢嶋 赳彬
  • Organizer: SDM研究会
• [Presentation] VO2モットトランジスタにおける微細化の影響 (2019)
  • Author(s): 矢嶋 赳彬
  • Organizer: 秋季応用物理学会
• [Presentation] 相転移材料によって開かれる新しい電子デバイスと回路の可能性 (2017)
  • Author(s): 矢嶋 赳彬
  • Organizer: 電気学会/ナノエレクトロニクス新機能創出・集積化技術専門員会
  • Invited
• [Presentation] 相転移現象によって開かれる新しい電子デバイスと回路の可能性 (2017)
  • Author(s): 矢嶋 赳彬
  • Organizer: 第6回 酸化物研究の新機軸に向けた学際討論会
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] 半導体デバイス (2019)
  • Inventor(s): 矢嶋赳彬, 田中貴久, 内田建, 鳥海明
  • Industrial Property Rights Holder: 矢嶋赳彬, 田中貴久, 内田建, 鳥海明
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-204806
  • Filing Date: 2019