2020 Fiscal Year Annual Research Report
単結晶酸化バナジウム超薄膜における超高速プロトニクスデバイスの創製
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19K22129
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
田中 秀和 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (80294130)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 和則 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (60379097)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Keywords | プロトン / エピタキシャル薄膜 / ナノパターニング / 相変化 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
究極的に小さいイオンであるプロトンに着目し、その強力な還元能と高速拡散に基づく新原理により、巨大動的物性制御の実現を目指した。(1)パルスレーザ蒸着法により格子整合の良いTiO2(001)基板上において、（001）配向VO2エピタキシャル単結晶超薄膜（厚さ：10nm-5nm）を作製し、通常バルクやAl2O3(0001)基板上に作成される薄膜形態では水素ドーピングにより金属化するVO2において、数十マイクロメートルの広い領域において、4桁におよぶ抵抗の上昇を見出した。(2)密度汎関数法に基づく第一原理計算により、水素導入時の電子状態および、Nudged elastic band (NEB)法により、プロトンの拡散経路・活性化障壁エネルギーを決定した。(3)類似の水素誘起高抵抗化現象を示すNdNiO3薄膜において、Pt、Au/Tiの非対称二端子電極パターンを作製し、水素ガス雰囲気下でPt電極側にのみプロトンをドープし、プロトンレジスターを作製した。プロトンドーピング時に、同時に電界印加をおこなうことにより、プロトンドーピング速度が格段に向上すること、およびPt触媒プロトンドーピング後に、大気中において電圧印加を行うこ とにより、薄膜試料中のプロトンを電気的に拡散させ、メモリ効果を観測した。(4)３端子電界効果デバイスにむけて、TiO2基板上エピタキシャルVO2薄膜上に、化学的に安定な2次元原子層材料である六方晶窒化ホウ素（hBN）を転写法により配置し、さらに強電界を印加することが可能なイオン液体を滴下したハイブリッドゲート電界効果トランジスタ構造を形成し、電界効果によるチャネル抵抗変化を確認した。
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