2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of Nanogap Devices For High Temperature Environments Using Nano Electro Mechanical System
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17K14100
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| Research Institution | Chiba Institute of Technology |
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Principal Investigator |
菅 洋志 千葉工業大学, 工学部, 准教授 (60513801)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 抵抗変化素子 / ナノギャップ / NEMS / フラーレン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノギャップNEMS(2原素ナノギャップ）構造を検討し、素子作製およびその評価を行った。
原子拡散機能を備えた2元素ナノギャップNEMS：昨年度に引き続き、高温環境における原子拡散を抑制する目的で、金属下地膜を備えたナノギャップNEMS構造を研究した。700℃超の高温環境において、従来のナノギャップ素子はリーク電流を伴い、不揮発性記憶素子としての機能を喪失するのに対して、新たに開発したナノギャップNEMS構造は、下地金属膜の効果によりリーク電流を抑制し、900℃超の温度環境でも不揮発性記憶素子としての機能を維持した。内容の一部を学術論文としてAppl. Phys. Express誌にて発表した。
炭素ナノ材料を用いたナノギャップNEMS：昨年度に引き続き、炭素系ナノ材料を用いたナノギャップ素子を研究した。フラーレン分子を自己組織化により細線形状にすることによって、素子の水平方向への変化とデバイス応用への可能性に着目し、さらに、金属を内包させたフラーレン分子2つが対向させ、２元素ナノギャップ素子の創成を行った。SiO2層を備えたSi基板上にフラーレンナノ細線を分散し，その上にソース・ドレインとなる電極を形成することで，フラーレンナノ細線素子を作製し、真空チャンバー内で特性評価した。電流-電圧(IV)特性には負性微分抵抗が再現性よく発現すること、2種の印加電圧により高抵抗状態と低抵抗状態との抵抗スイッチング特性を示すことを確かめた。
光ナノインプリント：短時間でナノギャップ素子を作製するための、光ナノプリント法によるナノギャップ作製技術を研究した。それらの内容について学術論文として発表した。
メカニズム解明：メカニズム解明に必要な電子線透過膜作製技術を研究し、プラズマ加工技術を用いた裏面シリコン層除去法の研究成果が日本表面真空協会真空技術賞を受賞した。
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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
ナノギャップNEMS(2原素ナノギャップ）構造を考案し、素子作製およびその評価を行った。（１）耐熱素子
（２）内包フラーレン分子を自己組織化により細線形状にすることによって、素子の水平方向への変化を伴うNEMSデバイスを考案し、作製方法を確立し、及びその電気特性評価を実施した。素子の電流-電圧(IV)特性及び抵抗スイッチ効果を評価した。素子のIV特性には負性微分抵抗が再現性よく発現することを明らかにした。電圧印加によって、高抵抗状態と低抵抗状態との2つの状態に区別でき、二端子ナノギャップ金属電極におけるスイッチングに類似した特性を得られることを明らかにした。ナノギャップNEMSのメカニズム解明のための実験技術を考案した。その研究成果が日本表面真空協会真空技術賞を受賞した。短時間でナノギャップ素子を作製するための、光ナノプリント法によるナノギャップ作製技術を確立し、素子作製および、素子の特性評価を行った。研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
引きつづき、ナノギャップNEMS(2原素ナノギャップ）構造を考案し、素子作製およびその評価を行う。特に、ナノギャップNEMS(2元素ナノギャップ）の新たな構造を検討する。また、多様な電極材料についても検討する。特に、フラーレンやグラフェンなどの炭素系ナノ材料を用いたナノギャップ素子などを中心に検討する。高温耐性の向上や切り替え電圧低減を目指す。
また、ナノギャップNEMS(2元素ナノギャップ）構造の動作メカニズム解明について研究を継続する。必要な高分解能観察用素子製作、ナノギャップ観察のための顕微鏡技術について研究を推進する。電圧印加ノイズの低減技術、精密微動機構などを検討する。
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| Causes of Carryover |
当初計画よりも順調に研究成果が出たため、種類の異なる2元素ナノギャップ素子の評価を並列して行うことで研究を加速させる必要があった。素子評価に関わる実験備品を優先して購入したため、機構解明のための実験消耗品を次年度に購入する。
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| Remarks |
受賞
・機械学会 関東支部講演会 関東支部若手優秀講演賞 小椋英里花, 磯部裕也, 菅洋志
・日本表面真空学会 第43回真空技術賞 吸引プラズマエッチング法を用いたSiO2ダイアフラム構造作製技術の開発 狩野諒、菅洋志、新堀俊一郎、高橋賢、久保利隆、安藤淳、清水哲夫、宮脇淳 2018.11.20
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