Reversible crystal transformation by dynamically controlling ions due to an electric field and development of iontronic functionality
Publicly Offered Research
| Project Area | Science on Interfacial Ion Dynamics for Solid State Ionics Devices |
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| Project/Area Number |
20H05296
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
神吉 輝夫 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (40448014)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | イオントロニクス / 酸化物エレクトロニクス / 強相関電子系酸化物 / 多値メモリ / プロトン / 酸化物 / 界面 |
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| Outline of Research at the Start |
低抵抗酸化物 ⇔ 高抵抗水酸化物の可逆構造相転移をゲート電圧により制御する新原理トランジスタを創出し、ゲート電界によりチャネル固体内のプロトン拡散制御を利用しイオン－電子相関の新機能物性を開拓することにある。微細化によりイオン拡散距離の縮小・イオン数の減少により、現在のシリコントランジスタよりも超低消費電力での動作可能性を持つとともに、イオンを使った低消費電力多値メモリを創出する。学術面では、ゲート電界印可による連続的なチャネル界面のケミカルポテンシャル変調により新たな水素化合物の探索場として活用する。界面イオン‐電子相関機構を解明し、蓄電固体界面の学理構築の一役を担う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ゲート電圧の侵入電場によりプロトン拡散方向を制御し低抵抗VO2 ⇔ 高抵抗HVO2の構造相転移を通してOn/Offするスイッチ、及び多値メモリが可能な双機能トランジスタの動作原理を解明するとともに、巨大抵抗変調を通じてイオン－電子相関の新機能物性を開拓することにある。本研究の応用として常誘電体ゲート材料を用いたアナログメモリという特徴を活かした低消費電力ニューロモルフィックチップ素子としての利用が期待できる。また、学術面では、H2+Air雰囲気下でのゲート電界印可による連続的なチャネル界面のケミカルポテンシャル変調は、新物質形成を探る手段でもあり、新たな水素化合物の探索場として活用できる。界面イオン‐電子相関メカニズムを解明し、蓄電固体界面の学理構築の一助を担う。
(1)VO2中のプロトン濃度の電界効果変調に対し、スイッチング、及び不揮発メモリするプロトン濃度の閾値を確認することができた。
(2)電圧をOffにしても抵抗変化が変化しない不揮発メモリ機能は、準安定状態を有するHVO2への結晶構造変化に起因しており、プロトン濃度に対し構造相変化を起こす閾値濃度が存在することが分かった。
(2)共同研究において、加速器を用いたERD測定においてVO2にプロトンが挿入されてており、膜厚方向での詳細なプロトン濃度分布が分かるとともに、平均で40%程度のプロトンが挿入されていることが分かった。
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| Research Progress Status |
令和3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3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
(6 results)
