酸化ニッケル表面のプロトン伝導性の発現とそのエレクトロクロミック素子への応用

• 研究課題/領域番号: 22656142
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 喜多 浩之 東京大学, 大学院・工学系研究科, 准教授 (00343145)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 3,700千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 600千円); 2012年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2011年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2010年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: 先端機能デバイス / 表面界面物性 / 欠陥準位 / エレクトロクロミック / 表面・界面物性 / イオン伝導 / 酸化物 / セラミックス / エレクトロクロノミック

研究概要

欠陥構造を積極的に導入してイオン伝導性を発現させた酸化物薄膜のデバイスへの新しい応用を検討した。当初目指していたナノ構造を持つNiO薄膜では残念ながら期待したイオン伝導は認められなかったのだが,水素導入スパッタリング法で形成した水素含有Ta2O5薄膜は,ドライプロセスのみで積層するエレクトロクロミックセル中でプロトン伝導に基づく電解質として機能する可能性が示された。また,TiO2-δ中で電界によって酸素空孔が輸送される性質を利用して,TiO2-δ/CoFeB強磁性体薄膜の積層構造の磁気異方性が電圧印加によって不揮発的な変化を示すことを発見し,イオン伝導駆動型の新しい磁性デバイスの可能性を実証した。

研究成果

• [雑誌論文] Conduction band offset at Ge02/Ge interface determined by internal photoemission and charge-corrected x-rav photoelectron spectroscopies (2013)
  • 著者名/発表者名: W. F. Zhang
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 102 号: 10 ページ: 102106-1
  • DOI: 10.1063/1.4794417
  • 査読あり
• [雑誌論文] QuantitativeCharacterization of Band-Edge EnergyPositions in High-k Dielectrics byX-ray Photoelectron Spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Chikata, K. K i ta , T. Nishimura, K.Nagashio, and A. Toriumi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 52 号: 2R ページ: 21101-21101
  • DOI: 10.7567/jjap.52.021101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Counter DipoleLayer Formation in Multilayer High-kGate Stacks (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Hibino, T. Nishimura, K. Nagashio, K. Kita, and A. Toriumi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 51 号: 8R ページ: 81303-81303
  • DOI: 10.1143/jjap.51.081303
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study on Dipole Layer Formation between Two Oxides :Experimental Evidences and Possible Models (2011)
  • 著者名/発表者名: K . K i ta and A. Toriumi
  • 雑誌名: MRS Proceedings 巻: 1331
  • DOI: 10.1557/opl.2011.1519
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation ofDipole Layers at Oxide Interfaces inHigh-k Gate Stacks (2010)
  • 著者名/発表者名: K . Ki t aL.Q.Zhu T.Nishimura,MV/cm by Using Substrate BiasK.Nagashio, A.Toriumi
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 33(6) 号: 6 ページ: 463-477
  • DOI: 10.1149/1.3487577
• [雑誌論文] GeO2/Ge界面反応の理解に基づくGeO2膜物性の化現象の制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 喜 多 浩之 , 王盛凱, 李忠賢, 吉田まほろ, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 巻: 110(90) ページ: 55-60
  • URL: http://www.ieice.org/ken/paper/20100622CaZb/
• [雑誌論文] Desorption kinetics of GeO from GeO2/Ge structure (2010)
  • 著者名/発表者名: S. K. Wang, K . K it a , C. H. Lee, T. Tabata, T. Nishimura, K. Nagashio, and A. Toriumi
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 108 号: 5 ページ: 54104-54104
  • DOI: 10.1063/1.3475990
• [雑誌論文] Resistive Switching Behaviors of NiO Bilayer Films with Different Crystallinity Layers (2010)
  • 著者名/発表者名: K . K it a , A. Eika, T. Nishimura, K.Nagashio, and A. Toriumi
  • 雑誌名: ECS Trans. 巻: 28(2) 号: 2 ページ: 315-315
  • DOI: 10.1149/1.3372585
• [雑誌論文] Observation of Dipole Layer Formed at High-k Dielectrics/SiO2 Interface with X-ray Photoelectron Spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: L. Q. Zhu, K. Kita, T. Nishimura, K. Nagashio, S. K. Wang, and A. Toriumi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 3 号: 6 ページ: 61501-61501
  • DOI: 10.1143/apex.3.061501
  • NAID: 210000014682
• [雑誌論文] Formation of Dipole Layers at Oxide Interfaces in High-k Gate Stacks (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kita, L.Q.Zhu T.Nishimura, K.Nagashio, A.Toriumi
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 33(6) ページ: 463-477
  • 査読あり
• [雑誌論文] GeO_2/Ge界面反応の理解に基づくGeO_2膜物性の劣化現象の制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 喜多浩之, 王盛凱, 李忠賢, 吉田まほろ, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 巻: 110(90) ページ: 55-60
  • NAID: 110007890345
• [雑誌論文] Desorption kinetics of GeO from GeO_2/Ge structure (2010)
  • 著者名/発表者名: S.K.Wang, K.Kita, C.H.Lee, T.Tabata, T.Nishimura, K.Nagashio, A.Toriumi
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resistive Switching Behaviors of NiO Bilayer Films with Different Crystallinity Layers (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kita, A.Eika, T.Nishimura, K.Nagashio, A.Toriumi
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 28(2) ページ: 315-322
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Dipole Layer Formed at High-k Dielectrics/SiO_2 Interface with X-ray Photoelectron Spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: L.Q.Zhu, K.Kita, T.Nishimura, K.Nagashio, S.K.Wang, A.Toriumi
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 3
  • NAID: 10027015062
  • 査読あり
• [学会発表] MOx/CoFeB 界面磁気異方性の様々なMに対して普遍的な電圧応答 (2013)
  • 著者名/発表者名: 栗原隆帆,古場治朗,宮川成人,喜多浩之
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会 29a-A8-2
  • 発表場所: 神奈川工科大学(厚木)
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] 「Internal Photo-emission法によるGeO/Ge 界面における伝導帯バンドオフセットの決定」 (2013)
  • 著者名/発表者名: 張文峰, 西村知紀, 長汐晃輔, 喜多浩之,鳥海明
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(厚木)
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] Characterization of VoltageControl of Magnetic Anisotropy up to 8MV/cm by Using Substrate BiasStructure (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Koba, T. Kuribara, N. Miyakawa, andK. Kita
  • 学会等名: 12th Joint MMM/IntermagConference, BF-05
  • 発表場所: 米国 Chicago 市
  • 年月日: 2013-01-13
• [学会発表] Characterization of Voltage Control of Magnetic Anisotropy Up to 8 MV/cm by Using Substrate Bias Structure (2013)
  • 著者名/発表者名: Jiro Koba, Nartuo Miyakawa, and Koji Kita
  • 学会等名: 12th Joint MMM/Intermag Conference
  • 発表場所: Chicago, USA
• [学会発表] MOx/CoFeB界面磁気異方性の様々なMに対して普遍的な電圧応答 (2013)
  • 著者名/発表者名: 栗原隆帆，古場治朗，宮川成人，喜多浩之
  • 学会等名: 第60回春季 応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学，厚木
• [学会発表] Internal Photo-emission 法によるGeO2/Ge 界面における伝導帯バンドオフセットの決定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 張文峰, 西村 知紀, 長汐 晃輔, 喜多 浩之, 鳥海 明
  • 学会等名: 第60回春季 応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学，厚木
• [学会発表] XPS によるGeO2/Ge 界面の価電子帯バンドオフセットの決定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 張文峰, 西村 知紀, 長汐 晃輔, 喜多 浩之, 鳥海 明
  • 学会等名: 第60回春季 応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学，厚木
• [学会発表] Challengesand Opportunities in Voltage Control ofMagnetic Anisotropy of UltrathinFerromagnetic Metals for FutureSpintronics (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kita and D. C. Worledge
  • 学会等名: International Conferenceon Emerging Advanced Nanomaterials(ICEAN2012)
  • 発表場所: オーストラリア,Brisbane 市) 招待講演
  • 年月日: 2012-10-22
• [学会発表] Interface DipoleConcellation in SiO/High-k/SiO2/SiGate Stacks (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Hibino, T. Nishimura, K. Nagashio, K.Kita and A. Toriumi
  • 学会等名: 2012 Pacific Rim Meetingon Electrochemical and Solid-StateScience (PRiME 2012)
  • 発表場所: 米国 Honolulu 市
  • 年月日: 2012-10-09
• [学会発表] ConductionBand-offset in GeO/Ge Stack Determinedby Internal PhotoemissionSpectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: W. Zhang, T. Nishimura, K. Nagashio, K.Kita and A. Toriumi
  • 学会等名: 2012 Pacific Rim Meetingon Electrochemical and Solid-StateScience (PRiME 2012), (
  • 発表場所: 米国 Honolulu 市
  • 年月日: 2012-10-09
• [学会発表] 「EC セル用 Ta薄膜へのプロトン導入法による導電性の変化」電気化学会 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小橋啓史,喜多浩之
  • 学会等名: 第79回大会
  • 発表場所: 浜松市
  • 年月日: 2012-03-31
• [学会発表] ECセル用Ta_2O_5薄膜へのプロトン導入法による導電性の変化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小橋啓史, 喜多浩之
  • 学会等名: 電気化学会第79回大会
  • 発表場所: 浜松アクトシティ(静岡県浜松市)
  • 年月日: 2012-03-31
• [学会発表] Control of Ge/High-kInterface for Ge CMOS Technology (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, T. Nishimura, K. Nagashio, andA. Toriumi
  • 学会等名: 39thConference on the Physics and Chemistryof Surfaces and Interfaces (PCSI-39)(招待講演)(
  • 発表場所: 米国SantaFe 市
  • 年月日: 2012-01-25
• [学会発表] Control of Ge/High-k Interface for Ge CMOS Technology (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Kita, T.Nishimura, K.Nagashio, A.Toriumi
  • 学会等名: 39th Conference on the Physics and Chemistry of Surfaces and Interfaces (PCSI-39)
  • 発表場所: 米国SantaFe, NM(招待講演)
  • 年月日: 2012-01-25
• [学会発表] Challenges and Opportunities in Voltage Control of Magnetic Anisotropy of Ultrathin Ferromagnetic Metals for Future Spintronics (2012)
  • 著者名/発表者名: Koji Kita and D. C. Worledge
  • 学会等名: International Conference on Emerging Advanced Nanomaterials
  • 発表場所: Brisbane, Australia
  • 招待講演
• [学会発表] Interface Dipole Cancellation in SiO2/High-k/SiO2/Si Gate Stacks (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hibino, Tomonori Nishimura, Kosuke Nagashio, Koji Kita and Akira Toriumi
  • 学会等名: 2012 Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science
  • 発表場所: Honolulu, USA
• [学会発表] Conduction Band-offset in GeO2/Ge Stack Determined by Internal Photoemission Spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Weng F. Zhang, Tomonori Nishimura, Kosuke Nagashio, Koji Kita and Akira Toriumi
  • 学会等名: 2012 Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science
  • 発表場所: Honolulou, USA
• [学会発表] CMOS ゲートスタック応用へ向けたGeO/Ge 界面反応の理解 (2011)
  • 著者名/発表者名: 喜多浩之,西村知紀,長汐晃輔,鳥海明
  • 学会等名: 第31回表面科学学術講演会
  • 発表場所: 京都江戸川区
  • 年月日: 2011-12-17
• [学会発表] CMOSゲートスタック応用へ向けたGeO_2/Ge界面反応の理解 (2011)
  • 著者名/発表者名: 喜多浩之, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 第31回表面科学学術講演会
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都江戸川区)(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-17
• [学会発表] Electric-field InducedChange of Magnetic Anisotropy inCoFeB/Oxide Stacks (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, D. W. Abraham, M. J. Gajek, andD. C. Worledge
  • 学会等名: 56th Conference onMagnetism and Magnetic Materials (MMM)(
  • 発表場所: 米国 Scottsda
  • 年月日: 2011-11-02
• [学会発表] ElectricElectric-field Induced Change of Magnetic Anisotropy in CoFeB/Oxide Stacks (2011)
  • 著者名/発表者名: Koji Kita, D.W.Abraham, M.J.Gajek, D.C.Worledge
  • 学会等名: 56th Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM)
  • 発表場所: 米国Scottsdale, AZ
  • 年月日: 2011-11-02
• [学会発表] Study on Dipole Layer Formation between Two Oxides : Experimental Evidences and Possible Models (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Kita, A.Toriumi
  • 学会等名: 2011 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: 米国San Francisco, CA(招待講演)
  • 年月日: 2011-04-27
• [学会発表] Study on DipoleLayer Formation between Two Oxides :Experimental Evidences and PossibleModels (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kita and A. Toriumi
  • 学会等名: 2011 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: 米国 San Francisco 市
• [学会発表] Understanding of GeOMaterial Properties for Advanced Ge MISStacks (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Kita
  • 学会等名: The 41th IEEE SemiconductorInterface Specialists Conference(SISC)
  • 発表場所: 米国 SanDiego
  • 年月日: 2010-12-08
• [学会発表] Understanding of GeO2 Material Properties for Advanced Ge MIS Stacks (2010)
  • 著者名/発表者名: Koji Kita
  • 学会等名: The 41th IEEE Semiconductor Interface Specialists Conference (SISC)
  • 発表場所: San Diego, USA 招待講演
  • 年月日: 2010-12-03
• [学会発表] Formation of Dipole Layers at Oxide lnterfaces in High-k Gate Stacks (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kita, L.Q.Zhu T.Nishimura, K.Nagashio, A.Toriumi
  • 学会等名: The 218th Electrochemical Society Meeting
  • 発表場所: Las Vegas, USA 招待講演
  • 年月日: 2010-10-12
• [学会発表] GeO/Ge界面反応の理解に基づく GeO膜物性の劣化現象の制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 応用物理学会シリコンテクノロジー分科会/電気通信学会合同研究会「ゲート絶縁薄膜,容量膜,機能膜およびメモリ技術」(
  • 発表場所: 東京大学,目黒区
  • 年月日: 2010-06-22
• [学会発表] GeO_2/Ge界面反応の理解に基づくGeO_2膜物性の劣化現象の制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 喜多浩之, 王盛凱, 李忠賢, 吉田まほろ, 西村知紀, 長汐晃輔, 鳥海明
  • 学会等名: 応用物理学会シリコンテクノロジー分科会/電気通信学会合同研究会「ゲート絶縁薄膜,容量膜,機能膜およびメモリ技術」
  • 発表場所: 東京大学,目黒区
  • 年月日: 2010-06-22
• [学会発表] Resistiveswitching in NiO bilayer films withdifferent crystallinity layers (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, A. Eika, T. Nishimura, K.Nagashio, and A. Toriumi
  • 学会等名: International Symposium on TechnologyEvolution for Silicon Nano-Electronics(ISTESNE) (
  • 発表場所: 東京工業大学,目黒区
  • 年月日: 2010-06-04
• [学会発表] Resistive switching in NiO bilayer films with different crystallinity layers (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kita, A.Eika, T.Nishimura, K.Nagashio, A.Toriumi
  • 学会等名: International Symposium on Technology Evolution for Silicon Nano-Electronics (ISTESNE)
  • 発表場所: 東京工業大学,目黒区
  • 年月日: 2010-06-04
• [学会発表] Resistiveswitching in NiO bilayer films withdifferent crystallinity layers (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, A. Eika, T. Nishimura, K.Nagashio, and A. Toriumi
  • 学会等名: The217th Electrochemical Society Meeting
  • 発表場所: カナダ Vancouver
  • 年月日: 2010-04-27
• [学会発表] Resistive switching in NiO bilayer films with different crystallinity layers (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kita, A.Eika, T.Nishimura, K.Nagashio, A.Toriumi
  • 学会等名: The 217th The Electrochemical Society Meeting
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2010-04-27
• [学会発表] XPS による GeO2/Ge 界面の価電子帯バンドオフセットの決定 (2010)
  • 著者名/発表者名: 張文峰, 西村知紀, 長汐晃輔, 喜多浩之,鳥海明
  • 学会等名: 第60回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(厚木)
• [学会発表] Formation ofDipole Layers at Oxide lnterfaces inHigh-k Gate Stacks (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Kita, L. Q. Zhu T. Nishimura, K.Nagashio, and A. Toriumi
  • 学会等名: The 218thElectrochemical Society Meeting
  • 発表場所: 米国 Las Vegas
• [図書] The ElectrochemicalSociety, Pennington, NJ, USA (2012)
  • 著者名/発表者名: Editors: S. Kar,S. Van Elshocht, K.
  • 出版者: Kita, and D. Misra, ECS TransactionsVol. 50, No.4
• [図書] Dielectric Materials and Metals for Nanoelectronics and Photonics 10 (2012)
  • 著者名/発表者名: Editors: S. Kar, S. Van Elshocht, K. Kita, and D. Misra
  • 総ページ数: 358
  • 出版者: The Electrochemical Society, Pennington, NJ, USA
• [図書] Physicsand Technology of High-k Materials 9",The Electrochemical Society,Pennington, NJ, USA ( (2011)
  • 著者名/発表者名: Editors: S. Kar , M. Houssa, S. VanElshocht, D. Misra, and K. Kita
  • 出版者: ECSTransactions
• [備考]
  • URL: http://www.scio.t.u-tokyo.ac.jp/index.h
• [備考]
  • URL: http://www.adam.t.u-tokyo.ac.jp/top.html
• [備考] 喜多研究室
  • URL: http://www.scio.t.u-tokyo.ac.jp/publication.html
• [備考]
  • URL: http://www.adam.t.u-tokyo.ac.jp/publication.html