二次元層状ピエゾ材料を用いたナノ発電デバイスの開発
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19J13579
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
東垂水 直樹 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | 圧電 / 強誘電 / 層状物質 / SnS / 二次元層状物質 |
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| Outline of Research at the Start |
あらゆるモノをインターネットで結ぶIoTの普及に向け、身の回りの微小エネルギーを電力に変換するエネルギーハーベスティングの技術開発が盛んに行われている。そのひとつである圧電素子には、PZTなどのセラミックス材料が広く用いられてきたが、脆性破壊するという致命的な欠点をもつ。本研究は、驚異的なフレキシビリティを有する2次元層状ピエゾ材料「単層硫化スズ(SnS)」に注目し、フレキシブルな高効率圧電素子の実現を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
振動発電デバイスへの応用に向けて、優れた圧電・強誘電特性が理論的に予想されている単層SnSの合成とデバイス評価を行い、その強誘電性を実証した。
物理気相成長法を用いた高結晶な単層SnSの形成と強誘電性評価を検討した。成長中のSnS脱離を緻密に制御することによって高結晶な単層形成が可能なことを示した。既報の単層SnSは分子線エピタキシー法などによるものであり大きさがサブミクロンにとどまりデバイス評価に至っていなかったが、本手法ではミクロンサイズの比較的大面積な単層形成に成功した。絶縁体である既存のセラミックス系圧電体とは異なりSnSは半導体であることから、圧電デバイス応用の観点からは電極界面にショットキー接合を形成し電極からのキャリア流入を抑制する必要がある。そこで種々の金属を用いて2端子デバイスを作製しI-V特性の評価を行った。その結果、仕事関数の小さなAg電極を用いることでp型のSnSに対してショットキー接合を形成できることを見出した。Ag電極を用いた2端子デバイスの評価を行い単層SnSの圧電・焦電性の十分条件である強誘電性の実証に成功した。SnSの層数を系統的に変えて実験を行ったところ、15層程度の厚さまでは結晶構造の点対称性が破れることで層数の偶奇を問わず強誘電性が発現することが明らかになった。この結果は、SnSが奇数層でしか強誘電性をもたないとされていた理論的予想と異なるものであり、成長技術の工夫により積層構造の点対称性制御が可能であることが示唆される。点対称性を制御した多層構造を用いることで圧電・強誘電特性の向上が期待できる。さらに、SnS自身が半導体チャネルであり強誘電性を示すことから、強誘電酸化物とSi半導体を組み合わせた従来の強誘電メモリとは異なる構造のメモリデバイスなどへの応用も望まれる。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(12 results)
