2014 Fiscal Year Annual Research Report
イオン液体ゲートによる新しい電界効果デバイスの創製
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25708039
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
上野 和紀 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (10396509)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 電界効果トランジスタ / 酸化物半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はイオン液体を用いて革新的な機能性を持つ電気二重層トランジスタの開発を目指すものである。そのプラットフォームとして、多数の伝導電子があるにもかかわらず、強い電子間相互作用によって電気を流さないモット絶縁体に着目した。
昨年度は主にバルク単結晶を用いた p,n それぞれの動作をするデバイスの開発を行ってきた。本年度はp型,n型バルク単結晶を用いたデバイス開発を行うとともに、ペロブスカイト類似構造を持つに次元性の高い単結晶の作成を試みた。
p 型, n 型のCuAlO2単結晶とGa2O3単結晶を用いた電気二重層トランジスタにおいて、低温での伝導状態を調べた。一般に半導体では十分なキャリアドーピングにより絶縁体から金属への転移が見られるが、どちらのデバイスも絶縁体状態のままで、 200 K 以下の低温では全く電気が流れなくなった。また、特に Ga2O3 では低温測定用のクライオスタットに移送する際にデバイスが劣化し、ゲート印加時の電気伝導度が大きく低下した。低温で金属状態が実現できなかった理由はこのようなデバイスの劣化と、単結晶の品質が低いために低温で移動度の低下が起きるためではないかと考えている。そのため、より良質の単結晶を用いて改めてデバイス作成、評価の必要があると考えている。
また、二次元性の高いモット絶縁体単結晶を作成するため、SrCuO2 など電子相関の強いペロブスカイト類似構造物質の単結晶薄膜の開発を行った。SrCuO2 では DyScO3 基板の上に La 10% ドーピングの薄膜を作成することで、厚膜で超伝導転移を示し、10 nm 以下の極薄膜で絶縁体的な伝導が得られた。この絶縁状態は二次元性の高い状態での電子の局在によるものと考えられ、電界効果を組み合わせることで電界による絶縁体から金属、あるいは超伝導へのスイッチを起こすデバイスが実現できると期待される。
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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
昨年度の実施計画では層状構造をもつバルク単結晶へのデバイス開発を行うとともに、電荷秩序をもつペロブスカイト類似物質へ研究を広げ、薄膜を作成することを記載した。
バルク単結晶では残念ながら低温で絶縁体的な状態になり、また低温でのデバイス動作も得られなかった。一方、薄膜では当初、予定していた 214 系でなく無限層構造をもつ 112系で良質な薄膜を作成し、多量の電子がいる状態で次元性の低下による絶縁状態を作り出すことができた。今後、これらの薄膜を用いたデバイス開発により目的とする新しいイオン液体ゲートトランジスタが実現できると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、酸化物半導体を用いて室温でデバイス動作させているものの、低温ではデバイス動作や金属伝導は得られていない。そのため、本年度はより良好な単結晶を用いたデバイス開発を行っていく。また、極薄の単結晶薄膜においては多量の電子がいる状態で電子相関により絶縁体となる、モット絶縁体的な状態を作り出せている。今までのバルク単結晶での研究同様に、これらの単結晶とイオン液体の固液界面のインピーダンスの評価を行うことで界面の最適化を行い、電気二重層トランジスタとしてのデバイス動作が得られると考えている。
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Research Products
(9 results)
