Investigation and controlling of a quasi-dopant effect at a ferroelectric charged surface and interface
| Project/Area Number |
19K04495
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤澤 浩訓 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (30285340)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 強誘電体 / 半導体物性 / 擬似ドーパント / 帯電ドメイン壁 / バンド構造 / 擬似ドーパント効果 / エネルギーバンド変調 / グラフェン / BiFeO3 / ビスマスフェライト / 薄膜 / 転写 / バンド変調 / 金属/強誘電体界面 / 帯電ドメインウォール |
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| Outline of Research at the Start |
半導体のキャリア制御は不純物のドープによって実現される。しかし、強誘電体の自発分極を用いることで、この不純物ドープと同等な効果が期待できる。また、この自発分極の向きは電場印加により反転することから、電気的に半導体等のキャリア制御が可能である。この効果は擬似ドーパント効果とよばれている。本研究ではこの擬似ドーパント効果による電子構造の変化を直接観察し、その制御を実現する。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this research, we have investigated the effect of band modulation due to spontaneous polarization switching, which is indispensable when a ferroelectric is used as a semiconductor. Firstly, the effect of Mn on the band structure in the Au/Mn-doped BiFeO3 (BFMO) structure have been clarified. In addition, the bulk photovoltaic effect has been investigated in detail as a property of the ferroelectric semiconductor, and it was shown that the band structure modulation greatly affects the open circuit voltage. As a result, a huge voltage of 852V at -193 °C have been successfully generated. Secondary, the band modulation due to spontaneous polarization switching in the graphene/BFMO structure has been clarified by a photoemission electron microscope. Thirdly, the charged DW, which is the ferroelectric/ferroelectric interface, can be artificial introduced to an arbitrary position in the BFMO film, and confirmed its conductivity modulation.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
近年、半導体デバイスの高集積化が限界に達しつつある。加えて機械学習の発展により脳型コンピューティングのニーズが高まっている。本研究の成果はこれまで絶縁体として扱われてきた強誘電体を半導体として用いることで、今までにない新機能をもつデバイスの創出に寄与するものである。特に強誘電体のバルク光起電力効果は光メモリ、高効率太陽電池の創出が期待でき、自発分極による自身の導電性変調はインメモリコンピューティングを実現する導電性スイッチングメモリへの応用に期待できる。
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Report
(4 results)
Research Products
(40 results)
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[Presentation] Influence of Mn doping into Single crystalline BiFeO3 Thin Films on Their Electronic and Local Atomic Structures2019
Author(s)
S, Nakashima, Y. Fuchiwaki, T. Higuchi, Y. Yamamoto, R. Matsumoto, K. Kimura, N. Happo, K. Hayashi, M. Shimizu, and H. Fujisawa
Organizer
14th International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials
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