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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

研究課題

研究課題/領域番号 20K04583
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分21050:電気電子材料工学関連
研究機関岡山理科大学

研究代表者

中村 修  岡山理科大学, 研究・社会連携センター, 教授 (60749315)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード希土類 / 水素 / 薄膜 / トランジスタ / 薄膜トランジスタ / 4f電子 / 半導体薄膜 / イッテリビウム / イットリビウム / 半導体 / TFT / 4f電子
研究開始時の研究の概要

希土類二水素化物のYbH2および希土類三水素化物のYH3はいずれも半導体であり、その価電子帯は主に水素1s軌道から構成される。したがって、これらの水素化物半導体は、本来的に強い電子ー格子相互作用を伴った伝導系と云える。それを顕在化するには、フェルミ準位を価電子帯に置いて正孔を導入させれば良い。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。

研究成果の概要

希土類水素化物の内、YbH2(及びYH3)に注力して研究を行った。YbH2については抵抗率や光学的収係数のデータが十分でない状況であった。我々の水素化物作成方法はPt触媒層(4-5nm)/Yb膜(40nm-300nm)を水素雰囲気化でYbH2膜を形成する方法であった。そのために、YbH2の作成条件、Pt層除去法の確立を行なった。そしてYbH2膜の光学測定を行い、バンド計算との対応をおこなった。フェルミレベル近傍の電子状態を明らかにした。YH3については水素の離脱等により動作が安定化しない。そのためにYbH2注力してトランジスタの作成に取り組んだ。しかしながら、トランジスタ動作に至らなかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

この研究の目的は、希土類水素化物半導体の価電子帯(1sバンド)のホール伝導をみるために実現し、希土類水素化物半導体の薄膜トランジスタを作成して、ゲート電極にマイナス電圧を印加してチャネル層にホールを誘起してCorrelated Transfer効果(J. E. Hirsh, Phys. Rev. B 48 (1993)3327)による超伝導を実現することにあった。
しかしながら、動作するTFT試作に至らず、目的を達成していない。しかしながら、YbH2の光学データの面では、学術的に貢献できたと考えている。

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Hall effect in ytterbium hydrides2021

    • 著者名/発表者名
      Satoru Kitsunai, Daiki Fujii, Toshihiro Yoshizumi a, Shigehiko Hasegawa , Osamu Nakamura, Masamichi Sakai
    • 雑誌名

      Physics Letters A

      巻: 419 ページ: 1277401-4

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Pt キャップ付き YbH2± 膜の Pt 除去プロセス及び除去後の膜の光学特性2022

    • 著者名/発表者名
      中村 修 , 栗田満史 2, 酒井政道 ,吉住年弘 , 花尻達郎
    • 学会等名
      第69回 応用物理学会春期学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] イッテルビウム二水素化物膜の電気伝導特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      橘内 悟,吉住 年弘, 中村 修 , 長谷川 繁彦 , 酒井 政道
    • 学会等名
      第82回 応用物理学会秋期学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] イッテルビウム三水素化物膜の合成と伝導特性の評価2021

    • 著者名/発表者名
      橘内 悟、藤井 大樹、吉住 年弘、長谷川 繁彦、中村 修、酒井 政道
    • 学会等名
      第68回 応用物理学会春期学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Evaluation of AlN-Pt as a hydrogen catalyst film2021

    • 著者名/発表者名
      Yodkitti Tachalert1、Tetsuya Fujino1、Masahide Tokuda、Osamu Nakamura、Masamichi Sakai、Tatsuro Hanajiri
    • 学会等名
      第68回 応用物理学会春期学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] YH3 を用いたFET の作製及びその電気的特性の評価2021

    • 著者名/発表者名
      藤野 哲也、タチャラート ヨドキッティ、徳田 正秀、中村 修、酒井 政道、花尻 達郎
    • 学会等名
      第68回 応用物理学会春期学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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