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新奇オペランド計測による電気二重層トランジスタ内部のサブナノスケール多次元解析

Research Project

Project/Area Number 22KJ1476
Project/Area Number (Other) 22J14544 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section国内
Review Section Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

五十嵐 陽彦  金沢大学, 新学術創成研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords原子間力顕微鏡 / イオン液体 / 固液界面 / オペランド計測 / 電気二重層トランジスタ
Outline of Research at the Start

近年、エネルギー・環境問題の観点から、イオン液体(IL)を用いる電気二重層トランジスタ(EDLT)に注目が集まっているが、この動作機構の根幹を担うEDLT基板/IL界面の構造が解明されていないために、EDLTの高性能化や実用化を妨げている。この問題を解決するために、固液界面構造をサブナノスケール空間分解能で可視化する3次元走査型力顕微鏡(3D-SFM)を用いたEDLT基板/IL界面のオペランド計測技術の開発を行い、ナノ界面構造からデバイスの動作機構の解明を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、動作環境下にあるイオン液体(IL)を使用した電気二重層トランジスタ(EDLT)内部におけるEDLT基板とIL界面の3次元構造を直接分子分解能で観察可能な3次元走査型力顕微鏡(3D-SFM)を開発し、それを用いてEDLTのデバイス特性の発現メカニズムを解明することが目的である。本研究において採択者は、モデル試料である電気二重層キャパシタ(EDLC)内部のIL(DEME-TFSI)/金(111)電極界面の3D-SFM計測に取り組み、未解明であった観察機構の確立を行うと共に、界面のナノ構造からEDLCのデバイス特性の発現メカニズムの解明に取り組んだ。これにより、3D-SFMを用いたIL構造観察における探針電荷の影響を明らかにし、3D-SFMを含む原子間力顕微鏡によるIL/固体界面観察手法の高精度化に繋がるも成果を得た。また、界面の3次元ナノ構造の電極電位依存性と電気化学インピーダンス法から得られるEDLCのキャパシタンス特性との相関から、第一吸着層の厚みがキャパシタンスに大きな影響を齎していることを明らかにした。さらに、オープンループ電位顕微鏡(OL-EPM)を用いたIL(DEME-TFSI)/金電極界面における電位分布と力分布の同時計測も実施し、界面の構造と電位分布の同時取得にも成功した。また、EDLT内部のIL(DEME-TFSI)/STO界面のオペランド3D-SFM計測にも取り組み、DEME-TFSI中で、STOの原子レベルのステップ-テラス構造の観察に成功し、デバイス動作環境下でのDEME-TFSI/STO界面構造の直接観察も行うことができた。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Ion-specific nanoscale compaction of cysteine-modified poly(acrylic acid) brushes revealed by 3D scanning force microscopy with frequency modulation detection2022

    • Author(s)
      Yamamoto Akihisa、Ikarashi Takahiko、Fukuma Takeshi、Suzuki Ryo、Nakahata Masaki、Miyata Kazuki、Tanaka Motomu
    • Journal Title

      Nanoscale Advances

      Volume: 4 Issue: 23 Pages: 5027-5036

    • DOI

      10.1039/d2na00350c

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Visualizing Molecular-Scale Adsorption Structures of Anti-freezing Surfactants on Sapphire (0001) Surfaces at Different Concentrations by 3D Scanning Force Microscopy2022

    • Author(s)
      Ikarashi Takahiko、Nakayama Kyosuke、Nakajima Naoki、Miyata Kazuki、Miyazawa Keisuke、Fukuma Takeshi
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 14 Issue: 39 Pages: 44947-44957

    • DOI

      10.1021/acsami.2c10475

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] オープンループ電位顕微鏡を用いたイオン液体/金(111)界面における分子スケール電荷分布の電極電位依存性の調査2024

    • Author(s)
      五十嵐陽彦, 炭竈享司, 平田海斗, 宮澤佳甫, 清水直, 岩佐義宏, 宮田一輝, 福間 剛士
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] イオン液体/金電極界面構造の分子スケール3D-SFM観察とその探針および電極電位依存性2023

    • Author(s)
      五十嵐 陽彦, 炭竈 享司, 榊原 涼, 吉野 巧, 宮田 一輝, 宮澤 佳甫, 清水 直, 岩佐 義宏, 福間 剛士
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Bias dependence of molecular-scale 3D structures at ionic liquid/Au interface investigated by three-dimensional scanning force microscopy2023

    • Author(s)
      Takahiko Ikarashi, Takashi Sumikama, Ryo Sakakibara, Takumi Yoshino, Kazuki Miyata, Keisuke Miyazawa, Sunao Shimizu, Yoshihiro Iwasa, Takeshi Fukuma
    • Organizer
      EM-NANO2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular-Scale 3D-SFM Imaging of Ionic Liquid/Au Electrode Interface Structures and Its Tip/Sample Bias Dependence2023

    • Author(s)
      T. Ikarashi, T. Sumikama, R. Sakakibara, T. Yoshino, K. Miyata, K. Miyazawa, S. Shimizu, Y. Iwasa, T. Fukuma
    • Organizer
      9th Multifrequency AFM conference
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] オープンループ電位顕微鏡によるイオン液体/金電極界面におけるサブナノメートルスケール電荷分布の可視化2023

    • Author(s)
      五十嵐 陽彦, 炭竃 享司, 平田 海斗, 宮田 一輝, 宮澤 佳甫, 清水 直, 岩佐 義宏, 福間 剛士
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] イオン液体/金電極界面構造の分子スケール3D-SFM観察とその探針および電極電位依存性2023

    • Author(s)
      五十嵐陽彦
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Visualizing Bias-Dependent Changes in Ionic Liquid/Au Interface Structures by 3D Scanning Force Microscopy2022

    • Author(s)
      Takahiko Ikarashi
    • Organizer
      The 23rd International Conference on Non-contact Atomic Force Microscopy (NC-AFM2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 3次元走査型力顕微鏡によるサファイア(0001)表面上の不凍界面活性剤の分子スケール吸着構造の可視化2022

    • Author(s)
      五十嵐陽彦
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] FM-AFMとMDシミュレーションによるアニオン界面活性剤結晶/水界面構造の分子スケール解析2022

    • Author(s)
      張皓輝
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 異なる溶液濃度におけるアニオン性界面活性剤結晶/溶液界面構造の3D-SFM計測2022

    • Author(s)
      熊谷陽一
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2022-04-28   Modified: 2024-12-25  

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