2021 Fiscal Year Research-status Report
希土類水素化物半導体から構成される薄膜トランジスタとその1Sバンド超伝導
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20K04583
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| Research Institution | Okayama University of Science |
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Principal Investigator |
中村 修 岡山理科大学, 研究・社会連携センター, 教授 (60749315)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
花尻 達郎 東洋大学, 理工学部, 教授 (30266994)
酒井 政道 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (40192588)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 希土類 / 水素 / 半導体薄膜 / 薄膜トランジスタ / 4f電子 / イッテリビウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年の結果を受け２年目より、YbH2薄膜に研究を集中させた。その中でも注力したのが試料作成に関する部分であり、その説明を最初にする。本研究ではPtキャップ付きYb膜を成膜後、水素雰囲気化で加熱処理をすることで、水素素化物半導体YbH2膜の作製をしている。そのために、電気的輸送特性評価や薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下TFT）を製作するためには、YbH2表面にあるPt膜の除去が極めて重要である。そのPt除去方法の確立に注力した。その結果、再現性良く、簡便な装置にて、除去することが、可能となった。そのPtを除去したYbH2の透過率を改めて測定し、吸収係数を求めたところ、β=2となった。すなわち、非分散な4f14から伝導帯への遷移(4f14→4f13(5d6s)1)は、間接半導体やアモルファス半導体と同様の遷移タイプとなった。これらは非常にユニークな結果であり、今期中に論文等に投稿予定（2022春の応物で発表）。又、温度条件を250℃に固定（理由は省略）して、0.6%から3%水素雰囲気でYb膜(300nm)を水素化したところ、10Ωcmから100Ωcmの抵抗試料を得ることができた。これらの試料は今期、ホール効果の測定を行い、更にTFT化を行う予定である。
又、キュービックアンビルを使用した高圧下での抵抗測定用に厚さ0.28mmの基板にYbH2膜を作製したが、高圧下での測定には至っていない。今期も継続して実験を行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本研究では、①希土類水素化物半導体をチャネル層に用いた電界効果型の薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下TFT）を製作し、
②そのチャネル層に正孔を誘起して（価電子帯に擬フェルミ準位を置き）水素1sバンド伝導による超伝導の実現を図ることを目的として研究をスタートさせてい
る。又、2020年度の途中からYbの4f14の準位が予想より浅いことが判明したために、高圧実験も視野に入れた研究となった。
昨年からYbH2膜に集中して研究をしている。本研究ではPtキャップ付きYb金属膜を水素化することによって、希土類水素化物半導体であるYbH2膜を得ている。したがって、薄膜トランジスタ(TFT)を作るため、あるいは電気輸送特性の評価には、Ptキャップ層の除去プロセスが重要である。Pt膜は数nm程度であるために、簡易スパッタ装置改造品を使用しての逆スパッタにより簡単に除去できると当初考えていたが、実は、極めて困難であった。結局、再現性良く、安心して除去できるようになるまで、2020年度、2021年度半ばまで必要であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度、後半から安定してYbH2膜が作製可能となった。又、10Ωcmから100Ωcmの抵抗試料を得ることができた。そのため、より抵抗の広い範囲の試料を作製して、遅れを取り戻すべく、以下のことを平行して行う。
①YbH2膜の輸送特性を評価を行う。すなわち、YbH2膜単体膜で電気伝導度測定、ホール効果や磁気抵抗など評価を行う。ホール効果、磁気抵抗の評価は主として、分担者である埼玉大 酒井教授が行う。試料の供給は中村が行う。
②YbH2膜のTFTを作製して評価をする。YbH2薄膜の供給は中村が行い、TFT作製評価は分担者である東洋大 花尻教授が行う。
③YbH2膜の高圧下での輸送特性の測定を行う。高圧装置は東京大学物性研究所の共同利用施設のものを使い、中村が行う。
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| Causes of Carryover |
当初の計画より、遅れが生じたため。
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Research Products
(3 results)
