2016 Fiscal Year Annual Research Report
量子ドットサイズ耐過酷環境性ナノ構造ハイパワーデバイスの研究
| Project/Area Number |
15H03991
|
|---|
| Research Institution | Shizuoka University |
|---|
Principal Investigator |
中本 正幸 静岡大学, 工学部, 教授 (10377723)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 電子デバイス・機器 / 先端機能デバイス / マイクロ・ナノデバイス / パワーデバイス / 電力変換 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、代表者が発明した、独自の転写モールド法電界放出エミッタ作製技術を用いて、耐環境性のある低仕事関数のアモルファスカーボン、TiN、導電性セラミック材料等の電界放出エミッタ材料からなり、ナノメーターオーダーの先端曲率半径を有する、先鋭な極微小電子源を作製することを試みる。また、電界放出エミッタ材料の基本電子物性と電界放出特性との関係、使用するエミッタ周囲のガス雰囲気との関係等を究明する。 更に、ナノ構造且つ量子ドットサイズの耐過酷環境性大電流極微小電子源を開発する。これによりCO2 削減に大きな寄与をする、太陽光・風力・スマートグリッドシステム、超伝導送電等に有用な、超低損失超小型電力変換デバイス、高効率・高現実感・3 次元ディスプレイ、大面積量子効果デバイス等の基礎技術の実現を目指す。
本年度の研究実施内容は、転写モールド法エミッタ作製技術を用いて、低仕事関数・耐環境性エミッタ材料として、独自に発見し、現在研究中である、全ての単体金属中で最も低いが不安定なCsよりも低い仕事関数1.8eVを有し、化学的に安定な導電性セラミック材料をSi鋳型内に充填、Si溶解除去を用いSi鋳型を除去し、微小電子源を試作した。
転写モールド法エミッタ作製技術と電子ビーム露光法により基底部長さ180nm、先端曲率半径3.5nmの先鋭性に優れ極微小電子源を作製し、H28年度の目標値である基底部長さ100nm～400nm、先端極率半径１～10nm以上の先端先鋭性に優れた極微小電子源を開発に成功した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
独自の転写モールド法エミッタ作製技術を用いて基底部長さ180nm、先端曲率半径3.5nmの先鋭性に優れ極微小電子源を開発に成功した。従来の一般的エミッタ作製方法で作製されたSpindt型微小電子源等の先端曲率半径50～300nmと比較して、先端先鋭性に優れた微小電子源を作製することができた。また、H28年度の研究目標値である基底部長さ100nm～400nm、先端極率半径１～10nm以上の先端先鋭性に優れた極微小電子源を開発に成功した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
H28年度研究を更に進め、電子ビーム露光法により30nm～100nmのＳｉ鋳型の均一形成の作製条件検討・試作を順調に進展して量子ドットサイズ極微小電子源を開発する。電子ビーム露光法により30nm～100nmのＳｉ鋳型の均一形成の作製条件の検討・試作、低仕事関数・耐環境性エミッタ材料等の検討等を行い、基底部長さ30nm～100nｍ、先端極率半径１～10nm の極微小電子源を開発する。申請者が独自に発見し現在研究中である、全単体金属中で最も低いが不安定なCsよりも低い仕事関数1.8eVを有し、安定な導電性セラミック材料をエミッタ材料として適用することを試みる。真空一貫エミッタ作製評価システム用いて、大気暴露有無、酸素・水素ガス及びそれらのプラズマ等の雰囲気で電界電子放出特性を調べ、従来測定例のない大気・ガス雰囲気と耐環境性エミッタ材料との関係、極微小エミッタによる電流安定性の改善などを究明する。FE-SEMなどによる表面観察ならびにXPS, UPS, 電界電子放出特性等から求めた仕事関数等と併せ、反応性ガス・エミッタ材料作製条件・組成・モフォロジーと仕事関数・電界電子放出特性等との関係を明らかにする。高電流密度の極微小電子源を試作、材料組成、表面障等と電流安定性等との関係を究明する。
|
