2016 Fiscal Year Annual Research Report
水の電気分解を利用した酸化物薄膜固体デバイスの電気物性制御
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15H05543
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
片瀬 貴義 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (90648388)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 酸化物エレクトロニクス / 薄膜トランジスタ / 水の電気分解 / プロトン / 二酸化バナジウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、安心・安全な水の電気分解を利用して、酸化物薄膜の電気物性をオンデマンド制御する薄膜固体デバイスの実現を目的としており、サファイア基板上にエピタキシャル成長させた二酸化バナジウム(VO2)薄膜を用いて、含水ナノ多孔質ガラスをゲート絶縁体とする薄膜トランジスタ構造を作製し、“室温”で電気的にプロトンを脱挿入することで、金属-絶縁体相の自在制御を実現してきた。H28年度は、本提案手法を使った実用的な光学デバイスへの応用に向けて、安価で大面積化が可能なガラス基板上にVO2多結晶薄膜を作製し、その基本的な光電子物性を詳細に調べた。具体的には、電子ドープによるVO2薄膜の光電子物性変化を明らかにするために、タングステンをドープした(V1-xWx)O2薄膜を作製し、比抵抗の温度変化と光透過率を系統的に計測した。ガラス上のVO2多結晶薄膜は、サファイア基板上のVO2エピタキシャル薄膜と同様に金属-絶縁体転移を示し、電子(W)ドープによって、金属-絶縁体転移温度が室温以下に低温化すると共に、それに伴って赤外線透過率が大幅に変化（波長2500nmで変調比は69%)することを明らかに、ガラス上の光学デバイスとして十分応用できることを示した。今後は、ガラス基板上のVO2多結晶薄膜に、含水ナノ多孔質ガラスをゲート絶縁体に用いた薄膜トランジスタ構造を適用し、実用的なエレクトロクロミック素子の実証を目指していく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では、安心・安全な水の電気分解を利用して、酸化物薄膜の電気物性をオンデマンド制御可能な薄膜固体デバイスの実現を目的としている。これまでに含水ナノ多孔質ガラスをゲート絶縁体とする薄膜トランジスタ構造の活性層にVO2薄膜を適用することで、「室温プロトン化による金属-絶縁体相制御」を実現し、当初の目的を達成してきた。本年度より、本提案手法の具体的な応用性を示すため、室温で赤外線透過率のみを透過・遮断可能なエレクトロクロミック素子を、安価で大面積化が可能なガラス上に実現することを目指した研究を進めており、当初の計画以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、本提案手法を応用して、室温で可視光は透過したまま、赤外線の透過率だけをオンデマンド制御可能なエレクトロクロミック素子の実証を目指す。具体的には、ガラス上のVO2多結晶薄膜上に含水ナノ多孔質ガラスをゲート絶縁体とする3端子の薄膜トランジスタ構造を作製する。全て透明なデバイス構造を実現するために、ソース・ドレイン電極には、VO2と同じルチル型構造を有する、Fドープ酸化スズ（SnO2）透明導電膜を適用し、ゲート電極にはITO透明導電膜を用いる。さらに、VO2活性層に対するカウンター層として酸化ニッケル薄膜を適用することで、電気化学的なサイクル特性を改善する。これにより、ガラス上の赤外線透過率変調デバイスの可逆切替動作を実証する。
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[Presentation] Anomalous thermopower of ultrathin LaTiO3 epitaxial layers2016
Author(s)
Takaki Onozato, Takayoshi Katase, Tetsuya Tohei, Yuichi Ikuhara, and Hiromichi Ohta
Organizer
HOKUDAI-NCTU International Joint Symposium on Nano, Opto and Bio Sciences
Place of Presentation
Lecture Hall, Frontier Research in Applied Sciences Building, Hokkaido University (Sapporo, Japan)
Year and Date
2016-10-04 – 2016-10-05
Int'l Joint Research
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[Presentation] モット絶縁体超薄膜の熱電能2016
Author(s)
小野里尚記, 片瀬貴義, 張 雨橋, 藤平哲也, フウビン, 幾原雄一, 太田裕道
Organizer
2016年 第77回応用物理学会秋季学術講演会
Place of Presentation
朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
Year and Date
2016-09-13 – 2016-09-16
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