| Project/Area Number |
21K04955
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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 31010:Nuclear engineering-related
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
武山 昭憲 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創製研究センター, 主幹研究員 (50370424)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 原子スイッチ / ガンマ線 / 極限環境 / 高温 / 極限半導体デバイス / 耐放射線 / 金属酸化物 |
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| Outline of Research at the Start |
金属酸化物を基材とした原子スイッチは、導電性の酸素空孔の集合/離散によりオン/オフ
動作することから、放射線照射で生成する電荷の影響を受けにくく、高温・高放射線（極限
環境）で動作するデバイス（極限半導体デバイス）として期待されている。本研究では、極限環境下で動作可能な原子スイッチの実現を目指し、高温（≧500℃）+放射線（ガンマ線）（≧10MGy）という極限環境が原子スイッチの電気特性に及ぼす影響を把握し、劣化メカニズムの解明を行う。それにより原子力発電所の廃炉作業や、宇宙探査で長期的に安定動作する原子スイッチの実現を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属酸化物を基材とした原子スイッチは、導電性の酸素空孔の集合/離散によりオン/オフ動作することから、放射線照射で生成する電荷の影響を受けにくく、高温・高放射線（極限環境）で動作するデバイスとして期待されている。本研究では、高温や放射線（ガンマ線）環境での原子スイッチの電気特性を把握し、劣化メカニズム解明を目指す。
今年度は、原子スイッチの信頼性向上に向けた作製条件を調べた。導電性コーティングが施されたガラス基板上に前駆体溶液（5%有機チタン化合物水溶液）を6000rpmでスピンコーティングし、500℃ 1時間の焼成でTiO2薄膜を作製後、上部に1mm角の銀電極を形成して原子スイッチを作製した。電圧を-4～4 Vで掃引すると、電流が10^-7～10^-9Ａで変化しヒステリシスが現れ、原子スイッチとして動作することを確かめた。しかし、掃引を繰り返すとヒステリシス形状が変化した。これはTiO2膜に含まれる酸素空孔量が多すぎ、電圧により酸素空孔が膜内を移動していると推測される。前駆体膜の焼成温度は、基板のコーティングが分解されない500℃に制限されるため、信頼性向上には、少し高い温度での焼成が必要であることがわかった。そこで、石英など高温に耐える基板に真空蒸着でニッケルなど電極金属を成膜し、より高温での作製に取り組んだ。
一方、TiO2膜のガンマ線に対する安定性を調べるため、石英基板上に同じ条件で製膜したTiO2膜にガンマ線を2MGyまで室温照射した。照射後のX線回折パターンは未照射とほぼ変わらず、TiO2の結晶化やアモルファス化が起きていないことを確かめた。TiO2膜はガンマ線照射で結晶構造が変化するとの報告例があるが、使用している前駆体溶液を用いると、照射下でも安定な膜が作製できることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初予定していた導電性基板を用いると、原子スイッチの信頼性向上と耐放射線付与が難しいことが判明し、作製方法の再検討により、原子スイッチの照射まで至らなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き原子スイッチの作製と照射に取り組み、劣化の把握とメカニズム解明を推進する。得られたデータを学会や論文などを発表し、成果の積極的な発信に努める。
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