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強相関酸化物/原子薄膜半導体ヘテロ構造の創成と急峻スロープトランジスタ応用

研究課題

研究課題/領域番号 17K14658
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関大阪大学

研究代表者

山本 真人  大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (00748717)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2017年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワード原子薄膜半導体 / 強相関酸化物 / 二次元材料 / 急峻スロープトランジスタ / ヘテロ構造 / 相転移材料 / 二酸化バナジウム / 遷移金属ダイカルコゲナイド / 六方晶窒化ホウ素 / スティープスロープ / 電子デバイス / 強相関エレクトロニクス / ナノ材料
研究成果の概要

トランジスタにおけるオン・オフスイッチの急峻化は、その低消費電力動作に向けて重要な課題の一つである。本研究では、相転移に由来して急峻な抵抗変化を示す強相関酸化物と、どこへでも張り付けられる半導体である原子薄膜半導体とを用いることで新奇ヘテロ構造トランジスタを作製し、急峻スロープスイッチの実現を試みた。具体的には、室温近傍で4桁におよぶ抵抗変化を伴う相転移を示す二酸化バナジウムを電極、優れた半導体特性を示す二セレン化タングステンをチャネルとしたヘテロ構造トランジスタを作製した。このトランジスタにおいて、二酸化バナジウムの熱的相転移に由来する急峻なオン・オフスイッチを実現した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

今後テクノロジーが持続的に発展するためには、テクノロジーの根幹であるトランジスタのさらなる低消費電力化が必要不可欠である。しかし、従来のシリコンを基盤としたMOSFETではその低消費電力化に理論的限界があった。本研究では、強相関酸化物と原子薄膜半導体とのヘテロ構造を用いた新原理トランジスタにおいて、将来的に社会実装に資する低消費電力動作を実現したことに社会的意義がある。一方、強相関酸化物/原子薄膜半導体ヘテロ構造は新奇物性の発現と場となる可能性も大いにあり、本研究はその作製指針を提示した点において学術的に意義がある。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 7件)

  • [雑誌論文] Broad range thickness identification of hexagonal boron nitride by colors2019

    • 著者名/発表者名
      Yuto Anzai, Mahito Yamamoto, Shingo Genchi, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Shuhei Ichikawa, Yasufumi Fujiwara, Hidekazu Tanaka
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 12 号: 5 ページ: 055007-055007

    • DOI

      10.7567/1882-0786/ab0e45

    • NAID

      210000135695

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Growth of vanadium dioxide thin films on hexagonal boron nitride flakes as transferrable substrates2019

    • 著者名/発表者名
      Shingo Genchi, Mahito Yamamoto, Koji Shigematsu, Shodai Aritomi, Ryo Nouchi, Teruo Kanki, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Yasukazu Murakami, Hidekazu Tanaka
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 2857-2857

    • DOI

      10.1038/s41598-019-39091-8

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gate-Tunable Thermal Metal-Insulator Transition in VO2 Monolithically Integrated into a WSe2 Field-Effect Transistors2019

    • 著者名/発表者名
      M. Yamamoto, R. Nouch, T. Kanki, A. N. Hattori, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Ueno and H. Tanaka
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. and Inter.

      巻: 11 号: 3 ページ: 3224-3230

    • DOI

      10.1021/acsami.8b18745

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Correlation between Ni Valence and Resistance Modulation on a SmNiO3 Chemical Transistor2019

    • 著者名/発表者名
      D. Kawamoto, A. N. Hattori, M. Yamamoto, X. L. Tan, K. Hattori, H. Daimon, and H. Tanaka
    • 雑誌名

      ACS Appl. Electron. Mater. 1 (2019) 82-87

      巻: 1 号: 1 ページ: 82-87

    • DOI

      10.1021/acsaelm.8b00028

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Layer-by-Layer Oxidation Induced Electronic Properties in Transition-Metal Dichalcogenides2018

    • 著者名/発表者名
      Soumya Ranjan Das, Katsunori Wakabayashi, Mahito Yamamoto, Kazuhito Tsukagoshi, Sudipta Dutta
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 122 号: 29 ページ: 17001-17007

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b05857

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Pronounced photogating effect in atomically thin WSe2 with a self-limiting surface oxide layer2018

    • 著者名/発表者名
      Mahito Yamamoto, Keiji Ueno, Kazuhito Tsukagoshi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 112 号: 18 ページ: 181902-181902

    • DOI

      10.1063/1.5030525

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 酸化物・原子層物質ハイブリッドによる新奇デバイスの創製2018

    • 著者名/発表者名
      山本真人、田中秀和
    • 雑誌名

      金属

      巻: 88 ページ: 112-117

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Virtual substrate method for nanomaterials characterization2017

    • 著者名/発表者名
      Da Bo、Liu Jiangwei、Yamamoto Mahito、Ueda Yoshihiro、Watanabe Kazuyuki、Cuong Nguyen Thanh、Li Songlin、Tsukagoshi Kazuhito、Yoshikawa Hideki、Iwai Hideo、Tanuma Shigeo、Guo Hongxuan、Gao Zhaoshun、Sun Xia、Ding Zejun
    • 雑誌名

      NATURE COMMUNICATIONS

      巻: 8 号: 1 ページ: 15629-15629

    • DOI

      10.1038/ncomms15629

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 六方晶窒化ホウ素上VO2の金属絶縁体相転移に伴う抵抗変化の素子サイズ依存性2019

    • 著者名/発表者名
      玄地真悟、山本真人、神吉輝夫、渡邊賢司、谷口尚、田中秀和1
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Growth and characterization of VO2 on hexagonal boron nitride2019

    • 著者名/発表者名
      S. Genchi , M. Yamamoto, T. Kanki, K. Watanabe, T. Taniguchi and H. Tanaka
    • 学会等名
      22th SANKEN International Symposium 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Carrier injection from VO2 into MoS2 and WSe22019

    • 著者名/発表者名
      Mahito Yamamoto, Ryo Nouchi, Teruo Kanki, Azusa N. Hattori, Shu Nakaharai, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Yutaka Wakayama, Keiji Ueno, Hidekazu Tanaka
    • 学会等名
      Annual Meeting of the Physical Society of Taiwan
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Color thickness identification of hexagonal boron nitride supportedo on a transfer polymer2019

    • 著者名/発表者名
      Shingo GENCHI, Koji SHIGEMATSU, Shodai ARITOMI, Mahito YAMAMOTO, Teruo KANKI, Kenji WATANABE, Takashi TANIGUCHI, Yasukazu MURAKAMI, Hidekazu Tanaka
    • 学会等名
      The 22nd SANKEN International Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Growth and characterization of VO2 on hexagonal boron nitride2018

    • 著者名/発表者名
      S. Genchi , M. Yamamoto, T. Kanki, K. Watanabe, T. Taniguchi and H. Tanaka
    • 学会等名
      5th Interactive Materials Science Cadet International Symposium 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Steep-Slope Transistors Based on 2D Semiconductors Contacted with the Phase-Change Material VO22018

    • 著者名/発表者名
      Mahito Yamamoto,Teruo Kanki, Azusa Hattori, Ryo Nouchi, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Keiji Ueno, Hidekazu Tanaka
    • 学会等名
      2018 MRS Spring Meeting and Exbit
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 転写用ポリマー上における六方晶窒化ホウ素膜厚の光学的同定2018

    • 著者名/発表者名
      安西勇人、山本真人、渡邊賢司、谷口尚、田中秀和
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 六方晶窒化ホウ素上におけるVO2薄膜の成長と評価(II)2018

    • 著者名/発表者名
      玄地真悟、重松晃次、有冨翔太、山本真人、神吉輝夫、渡邊賢司、谷口尚、村上恭和、田中秀和
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Effective resistance modulation in VO2 by gating through hexagonal boron nitride2018

    • 著者名/発表者名
      Yuto ANZAI, Mahito YAMAMOTO, Teruo KANKI, Kenji WATANABE, Takashi TANIGUCHI, Hidekazu TANAKA
    • 学会等名
      The 21st Sanken International Symposium
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Growth and characterization of VO2 on hexagonal boron nitride2018

    • 著者名/発表者名
      Shingo GENCHI, Mahito YAMAMOTO, Teruo KANKI, Kenji WATANABE, Takashi TANIGUCHI, Hidekazu TANAKA
    • 学会等名
      The 21st Sanken International Symposium
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Non-Thermionic Switching in an Atomically Thin WSe2 Transistor with the Phase-Change Material VO2 Contact2018

    • 著者名/発表者名
      Mahito Yamamoto, Teruo Kanki, Azusa Hattori, Ryo Nouchi, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Keiji Ueno, Hidekazu Tanaka
    • 学会等名
      APS March Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 六方晶窒化ホウ素上におけるVO2薄膜の成長と評価2018

    • 著者名/発表者名
      玄地 真悟、山本 真人、神吉 輝夫、渡邊 賢司、谷口 尚、田中 秀和
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 六方晶窒化ホウ素をゲート絶縁体として用いたVO2 FETにおける高効率抵抗変調2018

    • 著者名/発表者名
      安西 勇人、山本 真人、神吉 輝夫、渡邊 賢司、谷口 尚、松本 和彦、田中 秀和
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] SmNiO3-EDLTにおけるワイドレンジ精密抵抗変調制御2018

    • 著者名/発表者名
      川本 大喜、服部 梓、山本 真人、田中 秀和
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 自己制御表面酸化によるWSe2原子層トランジスタの高受光感度化2017

    • 著者名/発表者名
      山本 真人、上野 啓司、塚越 一仁
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] VO2/原子層半導体ヘテロ構造を用いた急峻スロープトランジスタ2017

    • 著者名/発表者名
      山本 真人、神吉 輝夫、服部 梓、野内 亮、谷口 尚、渡邉 賢司、上野 啓司、田中 秀和
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2020-03-30  

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