2011 Fiscal Year Annual Research Report
酸化物薄膜トランジスタにおける巨大熱電能の電界変調と赤外線センサー応用
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22360271
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
太田 裕道 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80372530)
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| Keywords | 二次元電子ガス / 熱電能 / 電界変調 / 赤外線センサー |
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| Research Abstract |
本研究では、SrTiO_3薄膜を活性層とする薄膜トランジスタ(TFT)作製し、ゲート電圧印加によって誘起される二次元電子ガス(2DEG)層の巨大熱電能Sを利用した赤外線センサーの試作を目指している。具体的には、熱的ド・ブロイ波λ_Dよりも薄い半導体極薄膜上にトッブゲート型薄膜トランジスタを作製し、次にゲート電圧印加によって形成される極薄2DEG層の電子輸送及びSを詳細に測定・解析し、さらに極薄2DEG層の赤外線センサー特性を調査する。H23年度はゲート絶縁体として含水ナノ多孔質ガラス(CAN:H.Ohta et al., Nature Communications 1:118(2010); Adv.Mater.24,740(2012)を用いた種々の酸化物半導体(KTaO_3、SrTiO_3、TiO_2、WO_3)電界効果トランジスタを作製し、ゲート電圧印加によって形成される極薄2DEG層の電子輸送及びSを、酸化物半導体の伝導帯下端のエネルギー(E_<CBM>)と水素発生電位(E_<H2>)の関係に着目して調査した。KTaO_3とSrTiO_3(E_<CBM>E_<H2>)では、ゲート電圧印加に伴いシートキャリア濃度が急激に増加した。|S|値は一旦減少したが、キャリア濃度が2×10^<14>cm^<-2>を越えると増大し、バルクの5倍に相当する大きな値を示した。一方、WO_3エビタキジャル薄膜(E_<CBM>E_<H2>)を活性層とした場合、ゲート電圧印加に伴い熱電能は単調減少し、KTaO_3とSrTiO_3に見られたV字回復現象は見られなかった。その結果、CANを用いるキャリア電界変調のポイントはE_<CBM>とE_<H2>の関係であり、含水ナノ多孔質ガラスにより極薄2DEGが誘起できるのはE_<CBM>E_<H2>の酸化物半導体であることが明らかになった。
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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
H23年度にゲート絶縁体(CAN)とSrTiO_3の相性が良いことが明らかにできた。H24年度にはSrTiO_3薄膜を活性層とする薄膜トランジスタを作製し、電界誘起極薄2DEG層の赤外線センサー特性を調査し、当初目的を達成する。
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| Strategy for Future Research Activity |
H23年度はゲート絶縁体である含水ナノ多孔質ガラスと酸化物半導体(単結晶、エピタキシャル薄膜)の相性を調査し、極薄2DEG層生成のポイントがE_<CBM>E_<H2>であることを明らかにした。最終H24年度にはSrTiO_3薄膜を活性層とする薄膜トランジスタを作製し、電界誘起極薄2DEG層の赤外線センサー特性を調査する。
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