2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of rare-earth based trivial- and topological-insulators toward innovative optical-devices
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17K05035
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| Research Institution | Fukuoka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
北川 二郎 福岡工業大学, 工学部, 教授 (90346528)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 光誘起近藤効果 / 電気二重層トランジスタ / プラズマ窒化 / 新物質開発 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.トランジスタの作製や測定系のノウハウをさらに蓄積するため、論文報告に従い、SrTiO3基板にトランジスタを作製して評価を行った。ゲートリーク電流とゲート電圧印加時のソースドレイン間のIV特性評価を再現性良く行うことができた。この結果を踏まえて、LaMnO3薄膜を用いた電気二重層トランジスタを作製した。ゲート絶縁層のリーク電流を評価したところ、μAを切る電流値が得られ期待された結果となった。ゲート電圧を変えながらソースドレイン間のIV特性を評価したが、大きなゲート電圧依存性は観測されなかった。引き続き、光誘起近藤効果の対象物質であるCeTiO3薄膜の合成を行った。成膜温度等の合成条件を様々に振ってみたが、CeTiO4が得られてしまった。そのほか、CeCrO3, CeMnO3薄膜の合成も試みたが、現在のところCe+3価を含む希土類半導体薄膜は得られていない。
電気二重層トランジスタによる光誘起近藤効果検証の進捗が遅れたので、プラズマ窒化による希土類酸化物薄膜へのキャリアドーピング研究にも着手した。高周波放電による低圧プラズマ窒化装置と誘電体バリア放電による大気圧プラズマ装置を立ち上げた。大気圧プラズマ装置にてTi板の窒化に成功した。
2. 新物質開発 Zintl相へのキャリアドーピングという独自の方針で開発を行った。近藤絶縁体にはCe,Sm,Ybの価数揺動状態が望まれる。例えば、Yb系Zintl相はYb2+となるが、そこに電子ドーピングを施すとYb2+とYb3+の価数揺動状態を引き起こすことが可能である。具体的には、MOD材料に適用可能な元素で構成されるYb9Zn4Bi9でBiの一部をOに置換した物質を合成した。その結果、元素置換できないことがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は(1)電気二重層トランジスタの評価方法の確立と光誘起近藤効果の検証 (2)光誘起近藤効果や近藤絶縁体の振る舞いを示す希土類酸化物の開発を目的とした。(1)に関してはSrTiO3基板を用いて評価方法を確立できたが、Ceが+3価の希土類酸化物薄膜の合成には成功していない。しかしながら代替案であるプラズマ窒化によるキャリアドーピングに関する研究では、装置の立ち上げとTi板の窒化に成功したことから、おおむね順調に進展していると判断した。また、(2)に関しては、希土類酸化物の開発には至らなかったが、当初考えていた物質を調べることができたので、この点でおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. Ce半導体薄膜合成に関しては、CeTiO3ではなく、CeTiO4が合成された。近藤効果を誘起させるにはCeが+3価である必要があり、CeTiO4ではCeの価数が+4であるため近藤効果を誘起できない。そこで、CeTiO4を水素還元など行ってCeTiO3に変えることが可能か調べる。Ceの価数が+3価である半導体薄膜が合成できれば、電気二重層トランジスタを作製し、現有の電気抵抗率測定システムにて、ソース-ドレイン間の電気抵抗率ρの温度依存性を、ゲート電圧を変えながら測定する。その後、光照射をガラス基板裏面より行い、近藤効果に特徴的な-lnTに比例した抵抗率に変化するか確認する。期待された結果が得られなかった場合、その原因を考察し、薄膜の種類も含めたデバイス構造の見直しを行う。
金属有機化合物分解法において、Ce化合物合成時にCeO2を使用するため、どうしてもCeは+4価になりやすい。Ceの価数が+3価である半導体薄膜が合成できない場合、Ybを含む半導体薄膜を金属有機化合物分解法で合成してみる。近藤効果はYbの価数が+3のときも観測されている。実際に、Yb化合物の場合はYb2O3を使用するため、Ybは+3価になりやすい。
昨年度に引き続きプラズマ窒化による希土類半導体薄膜へのキャリアドーピングを試みる。高周波放電による低圧プラズマ窒化装置と誘電体バリア放電による大気圧プラズマ装置を立ち上げたので、これらの装置を用いて、まずは論文報告のあるTiO2のプラズマ窒化を試みる。それに成功すれば、CeO2などの薄膜に対してプラズマ窒化を試みる。
2. 新物質開発 希土類-遷移金属-酸素の組み合わせで新物質探索を行う。新物質が見つかれば、電気抵抗率の温度依存性を測定して伝導を評価する。
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