原子スイッチによる極限半導体デバイスの実現

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04955
• Research Institution: National Institutes for Quantum Science and Technology
• Principal Investigator: 武山 昭憲 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創製研究センター, 主幹研究員 (50370424)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 原子スイッチ / ガンマ線 / 極限環境

Outline of Annual Research Achievements

金属酸化物を基材とした原子スイッチは、導電性の酸素空孔の集合/離散によりオン/オフ動作することから、放射線照射で生成する電荷の影響を受けにくく、高温・高放射線（極限環境）で動作するデバイス（極限半導体デバイス）として期待されている。本研究では、極限環境下で動作可能な原子スイッチの実現を目指し、高温（≧500℃）+放射線（ガンマ線）（≧10MGy、メガグレイ）という極限環境での電気特性の劣化挙動の把握および劣化メカニズム解明を目指す。
今年度は、金属酸化物に酸化チタン(TiO2)を用いた原子スイッチに数百℃（～500℃）で高線量のガンマ線（≧10MGy）を照射し、電気特性の劣化挙動を把握する照射容器の製作を行った。さらに照射で原子スイッチに生成した結晶欠陥の情報を得るため、可視～赤外光まで約0.05eV刻みの波長で発光ダイオード(LED)を照射しつつ、フェムトアンペア(fA)オーダの微小電流を測定できる系を整備した。実際にモデル素子である炭化ケイ素(SiC)トランジスタに光照射しながら電気測定を行い、照射で生成した欠陥が把握できることを実証した。
一方、原子スイッチの作製に関しては、導電性コーティングが施されたガラス基板上に前駆体溶液をスピンコーティングし、500℃1時間の焼成でTiO2薄膜ができることを確認した。またコーターの回転数とTiO2薄膜の品質との関連性を調べた。並行して、TiO2薄膜上面に形成する銀(Ag)電極の形成条件を調べた。
以上から、原子スイッチの作製、ガンマ線照射、素子特性の把握が可能になり、研究を遂行できる環境が整った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

前年度から引き続く世界的な半導体や資材不足により、照射容器や電気測定に必要な部品の欠品や長納期が発生し、実験環境の整備に時間がかかった結果、作製した原子スイッチの照射と照射後の電気測定実施に至らなかった。

Strategy for Future Research Activity

研究を実施する環境が整ったため、速やかに原子スイッチの照射に着手し照射劣化の把握と劣化メカニズム解明に取り組む。得られたデータを学会や論文など発表し、積極的な発信に努める。

Causes of Carryover

前年度から引き続く半導体や資材不足により、当初予定していた構成部材の調達に時間がかかり、照射容器や電気測定に必要な部品をそろえるのに時間がかかった。それによりまとまったデータを得られず、成果発信まで至らなかったため使用額に変更が生じた。次年度はこれらを各種学会への参加費や論文投稿料に充当し、積極的な成果発信を行う。