誘電体ヘテロ界面に蓄積された二次元電子ガスの電子状態と量子サイズ効果の起源

• Project/Area Number: 20047007
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 太田 裕道 Nagoya University, 工学研究科, 准教授 (80372530)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥4,800,000 (Direct Cost: ¥4,800,000); Fiscal Year 2009: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2008: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
• Keywords: 二次元電子ガス / 電界変調 / Seebeck係数 / 電子状態 / 量子サイズ効果

Research Abstract

本公募研究の目的は、(1)誘電体人工超格子やヘテロ酸化物界面近傍に誘起される二次元電子ガスの電子状態と量子サイズ効果の相関を明らかにすること、(2)誘電体中の二次元電子ガスを積極的に活用した機能材料設計指針を提案することである。二次元電子ガス近傍の原子・電子状態を高いエネルギー分解能で捉えることにより、巨大Seebeck係数のオリジンを解き明かし、誘電体中の二次元電子ガスを積極的に活用した材料設計指針を提案することが可能と考えている。SrTiO_3/SrTi_<0.8>Nb_<0.2>O_3人工超格子やTiO_2/SrTiO_3などの誘電体ヘテロ界面のSrTiO_31単位格子層(0.3905nm)に局在化した高濃度の電子ガスは、バルクの5倍に相当する巨大熱起電力(Seebeck係数)を示すことから、未だ実現していない酸化物熱電変換材料のひとつの開発指針として注目されている。Seebeck係数の大きさは、フェルミエネルギーにおける伝導帯状態密度(DOS(E))のエネルギー微分(∂DOS(E)/∂E)に依存するため、量子サイズ効果によるDOS(E)の増大が巨大熱起電力の起源と考えられている。また、Seebeck係数は伝導電子濃度の関数であるため、伝導電子濃度を連続的に変化させながらSeebeck係数を計測することでDOS(E)の情報を得ることができる。平成21年度は、誘電体ヘテロ界面の電子濃度を連続的に変化させるため誘電体をチャネルとした電界効果トランジスタを作製し、絶縁体/SrTiO_3および絶縁体/KTaO_3ヘテロ界面のSeebeck係数の電界変調に成功した。

Research Products

• [Journal Article] 誘電体TiO_2/SrTiO_3ヘテロ界面の構造と電子状態 (2009)
  • Author(s): 太田裕道、溝口照康、幾原雄一
  • Journal Title: マテリアルインテグレーション 22 Pages: 38-38
• [Journal Article] Field-modulated thermopower in a SrTiO_3-based field-effect transistor with amorphous 12CaO・7Al_2O_3 glass gate insulator (2009)
  • Author(s): Hiromichi Ohta, et al.
  • Journal Title: Appl.Phys.Lett. 95 Pages: 113505-113505
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electric-Field Modulation of Thermopower for the KTaO_3 Field Effect Transistors (2009)
  • Author(s): Akira Yoshikawa, Hiromichi Ohta, et al.
  • Journal Title: Appl.Phys.Express 2 Pages: 121103-121103
  • NAID: 10027012306
  • Peer Reviewed
• [Presentation] SrTiO_3単結晶薄膜トランジスタの作製とトランジスタ特性 (2010)
  • Author(s): 内田光亮、吉川陽、河本邦仁、加藤丈晴、幾原雄一、太田裕道
  • Organizer: 第48回セラミックス基礎科学討論会
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター
• [Presentation] KTaO_3単結晶電界効果トランジスタ-SrTiO_3との比較- (2009)
  • Author(s): 吉川陽、内田光亮、河本邦仁、加藤丈晴、幾原雄一、太田裕道
  • Organizer: 平成21年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2009-11-28
• [Presentation] 単結晶SrTiO_3薄膜トランジスタの試作 (2009)
  • Author(s): 内田光亮、吉川陽、河本邦仁、加藤丈晴、幾原雄一、太田裕道
  • Organizer: 平成21年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2009-11-28
• [Presentation] ステップ化処理されたSrTiO_3結晶の電子捕獲準位 (2009)
  • Author(s): 水野拓、吉川陽、河本邦仁、平松秀典、細野秀雄、太田裕道
  • Organizer: 平成21年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2009-11-28
• [Presentation] SrTiO_3結晶中に閉じ込められた極薄電子層の巨大熱起電力 (2009)
  • Author(s): 太田裕道
  • Organizer: 粉体粉末冶金協会平成21年度秋季大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2009-10-27
• [Presentation] 熱起電力計測によるSrTiO_3電界効果トランジスタの可視化 (2009)
  • Author(s): 太田裕道、増岡優美、旭良司、加藤丈晴、幾原雄一、野村研二、細野秀雄
  • Organizer: 日本セラミックス協会第22回秋季シンポジウム(機能元素のナノ材料科学)
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] アモルファス12CaO・7Al_2O_3をゲート絶縁膜とするSrTiO_3電界効果トランジスタ (2009)
  • Author(s): 太田裕道、増岡優美、旭良司、加藤丈晴、幾原雄一、野村研二、細野秀雄
  • Organizer: 第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2009-09-08
• [Presentation] 熱起電力計測によるSrTiO_3電界効果トランジスタチャネルの可視化 (2009)
  • Author(s): 太田裕道、増岡優美、旭良司、野村研二、細野秀雄、安部勝美、雲見日出也
  • Organizer: 第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2009-09-08
• [Presentation] アモルファス12CaO・7Al_2O_3ゲート絶縁膜を用いた単結晶KTaO_3電界効果トランジスタ (2009)
  • Author(s): 吉川陽、内田光亮、河本邦仁、太田裕道
  • Organizer: 第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2009-09-08
• [Presentation] アモルファス12CaO・7Ai_2O_3をゲート絶縁膜とするSrTiO_3単結晶薄膜トランジスタ (2009)
  • Author(s): 内田光亮、吉川陽、河本邦仁、太田裕道
  • Organizer: 第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2009-09-08
• [Presentation] Electric Field Induced Giant Thermopower of Two-dimensional Electron Gas at the Gate Insulator/SrTiO_3 Heterointerface (2009)
  • Author(s): Hiromichi Ohta, et al.
  • Organizer: 2009 MRS spring meeting
  • Place of Presentation: 米国サンフランシスコ
• [Presentation] アモルファス12CaO・7Al_2O_3をゲート絶縁体とした単結晶KTaO_3電界効果トランジスタの室温動作特性 (2009)
  • Author(s): 吉川陽、内田光亮、河本邦仁、加藤丈晴、幾原雄一、太田裕道
  • Organizer: 薄膜材料デバイス研究会第6回研究集会
  • Place of Presentation: 龍谷大学
• [Presentation] SrTiO_3エピタキシャル薄膜トランジスタ (2009)
  • Author(s): 内田光亮、吉川陽、河本邦仁、加藤丈晴、幾原雄一、太田裕道
  • Organizer: 薄膜材料デバイス研究会第6回研究集会
  • Place of Presentation: 龍谷大学
• [Presentation] ステップ構造を有するSrTiO_3単結晶の電子トラップ密度 (2009)
  • Author(s): 水野拓、吉川陽、河本邦仁、平松秀典、細野秀雄、太田裕道
  • Organizer: 薄膜材料デバイス研究会第6回研究集会
  • Place of Presentation: 龍谷大学
• [Presentation] PLD法により作製したTiO_2/SrTiO_3ヘテロ界面の構造 (2009)
  • Author(s): 太田裕道, 久米篤史, 溝口照康, 幾原雄一, 河本邦仁
  • Organizer: 日本金属学会2009春季大会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス(東京)
• [Presentation] TiO_2/SrTiO_3ヘテロ構造のSeebeck係数 (2008)
  • Author(s): 太田裕道, 久米篤史, 河本邦仁, 溝口照康, 幾原雄一
  • Organizer: 2008年秋季第69回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 中部大学(愛知)
• [Remarks]
  • URL: http://www.apchem.nagoya-u.ac.jp/koumotoken/hiromichiohta/
• [Remarks]
  • URL: http://www.apchem.nagoya-u.ac.jp/BS-6/seigyo6/hiromichiohtafindex.html