構造相転移を電圧で制御する新規高機能マイクロアクチュエータの開発

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K04252
• Research Institution: Suzuka National College of Technology
• Principal Investigator: 横山 春喜 鈴鹿工業高等専門学校, 電気電子工学科, 教授 (20583701)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: マイクロアクチュエータ / 構造相転移 / 二酸化バナジウム

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的はVO2の構造相転移を利用した電圧で駆動する新しい高機能マイクロアクチュエータを実現することにある。マイクロアクチュエータ実現のためには高品質の金属／VO2薄膜／金属の積層構造を作製すること、つまり、単一組成で平坦なVO2薄膜の作製技術が必要になる。そこで、本研究ではまずマグネトロンスパッタ法を用いて酸化バナジウム薄膜の作製を行い、熱処理による高品質化を試みた。
酸化バナジウム薄膜の作製はマグネトロンスパッタ法を用いて行った。基板にはスライドガラスを用い、ターゲットには金属バナジウムを用いた。さらに、赤外線ランプ加熱装置を用いて、作製した試料を熱処理した。
Ｘ線回折から作製した直後の薄膜はアモルファスまたは微結晶であることが分かった。熱処理は結晶化を促進する効果があり、500℃で熱処理を行うことによりVO2とV2O5が形成することが分かった。また、400℃以上で熱処理を行うことにより、バンドギャップの値がVO2のπバンドのバンドギャップの値に非常に近くなることが、可視・近赤外分光法を用いた透過率測定から明らかになった。さらに、Van der Pauw法を用いて測定した抵抗率比の温度変化評価から、400℃以上の熱処理を行った試料では、相転移が原因と思われる急激な抵抗率比の変化が65℃から75℃にかけて観測された。
本研究の研究期間とコロナ禍が重なったため、研究計画に大幅な遅れが生じた。1年の研究延長を行ったが、遅れを取り戻すことができず、残念である。今後も研究を継続し、高品質の金属／VO2薄膜／金属の積層構造を作製する技術を構築し、VO2の構造相転移を利用した電圧で駆動するマイクロアクチュエータを実現したいと考えている。