2016 Fiscal Year Annual Research Report
Operation mechanism of VO2-channel Mott transistors and their low-voltage operation
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15K17466
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
矢嶋 赳彬 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (10644346)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 酸化バナジウム / 相転移 / 電界効果トランジスタ / 固体ゲート / 集団性 / モットトランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々が世界に先駆けて動作実証した、固体ゲートのVO2チャネル電界効果トランジスタを活用して、相転移現象を活用した新しいトランジスタの研究を行った。
H27年度の研究では、VO2チャネルトランジスタにおいて、ゲート電圧に対するチャネル電流の応答速度・チャネル膜厚の効果・チャネル界面の面方位依存性をそれぞれ系統的な評価を行った。
これに対してH28年度の研究では、H27年度の系統的な評価の結果を踏まえ、相転移に基づくトランジスタ動作のメカニズムを、実験的に解明した。具体的には、VO2チャネルの界面にゲート電圧によって電子が蓄積されたのと同じ状況を、W不純物を用いてVO2/W:VO2のヘテロ構造として再現し、ヘテロ構造全体の相転移現象を詳細に評価した。その結果、（１）ヘテロ構造を形成する各層の厚みが十分に小さいと、金属絶縁転移は各層間で分裂することなく、ヘテロ構造全体で一斉に起きること、（２）その時の転移温度は、各層のもともとの転移温度と厚みから計算される加重平均となること、を明らかにした。そしてこれらの実験結果を矛盾なく記述するモデルとして、金属相と絶縁相との相境界が大きなエネルギーをもつモデルを提唱した。この相境界エネルギーを回避するために、金属絶縁体転移が各層間で分裂することなく一斉に誘起される。実際に実験的に得られた相境界エネルギーを用いて、ギンツブルグ・ランダウ方程式を解き、電子蓄積層と残りのチャネル層との相互作用を定量的に記述し、H27年度に得られた結果を定量的に再現することに成功した。
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