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

• 研究課題/領域番号: 25708039
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: デバイス関連化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 上野 和紀 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (10396509)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 26,390千円 (直接経費: 20,300千円、間接経費: 6,090千円); 2015年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2014年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2013年度: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円)
• キーワード: 電気二重層トランジスタ / モットトランジスタ / イオン液体 / 強相関電子系 / 遷移金属酸化物 / 金属絶縁体転移 / 電界効果トランジスタ / モット絶縁体 / 単結晶薄膜 / 酸化物半導体

研究成果の概要

イオン液体ゲートを用いた電気二重層トランジスタを強相関電子系 SrVO3 の極薄膜に組み合わせ、金属絶縁体転移の制御を行った。 SrVO3 はバルク単結晶では良好な金属だが、10 原子層厚さ以下の極薄膜にすることで次元性が減少し、バンド幅減少による金属絶縁体転移を起こした。この状態は電子相関により絶縁体となるモット絶縁体だと考えられる。われわれはSrVO3 極薄膜でゲート印加とともに絶縁体から金属への転移がおきること、また逆に、金属相のSrVO3にゲート印加により完全な絶縁体への転移が起きることを見出した。この結果から、厚さとキャリア濃度を軸とした二次元モット絶縁体の新たな相図を提唱した。

研究成果

• [雑誌論文] Full determination of individual reconstructed atomic columns in intermixed heterojunctions (2014)
  • 著者名/発表者名: Z. Wang, M. Saito, C. Chen, Y. Matsubara, K. Ueno, M. Kawasaki, Y. Ikuhara
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 14 号: 11 ページ: 6584-6589
  • DOI: 10.1021/nl503212j
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electric double layer transistors > with ferroelectric BaTiO3 channels (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Ito, Y. Matsubara, Y. Kozuka, K. S. Takahashi, F. Kagawa, J. T. Ye, Y. Iwasa, K. Ueno, Y. Tokura, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 104 号: 22 ページ: 222101-222101
  • DOI: 10.1063/1.4881059
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photo-induced sign inversion of the anomalous Hall effect in EuO thin films (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohuchi, Y. Kozuka, N. Rezaei, M. S. Bahramy, R. Arita, K. Ueno, A. Tsukazaki, and M. Kawasaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.121114
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effective thickness of two-dimensional superconductivity in a tunable triangularquantum well of SrTiO3 (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno, T. Nojima, S. Yonezawa, M. Kawasaki, Y. Iwasa, Y. Maeno
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 号: 2
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.020508
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Field-induced superconductivity in electric double layer transistors (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno, H. Shimotani, H. T. Yuan, J. T. Ye, M. Kawasaki, Y. Iwasa
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 号: 3 ページ: 032001-032001
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.032001
  • NAID: 210000132977
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electric-Field-Induced Superconductivity on an Organic/Oxide Interfaces (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 号: 11R ページ: 110129-110129
  • DOI: 10.7567/jjap.52.110129
  • NAID: 210000143049
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] SrTiO3 バックゲートを用いたCo 極薄膜の電界効果：面方位依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中澤新悟,大日方絢,千葉大地,上野 和紀
  • 学会等名: 第６３回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学,東京都目黒区
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] 電界効果による強相関酸化物SrVO3薄膜の金属-絶縁体転移相図 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大友圭輔, 佐藤洋平, 上野和紀
  • 学会等名: 第６３回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学,東京都目黒区
  • 年月日: 2016-03-20
• [学会発表] SrTiO3界面の低キャリア領域における特異的なホール効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤洋平, 土井聖将, 小野瀬佳文, 上野和紀
  • 学会等名: 第７６回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場,愛知県名古屋市熱田区
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 強相関酸化物SrVO3薄膜の金属絶縁体転移と電界効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大友圭輔, 河野駿介, 佐藤洋平, 上野和紀
  • 学会等名: 第７６回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場,愛知県名古屋市熱田区
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Electric field-effect on a Co ultra-thin film with a SrTiO3 back-gate (2015)
  • 著者名/発表者名: Shingo Nakazawa, Aya Obinata, Daichi Chiba, Kazunori Ueno
  • 学会等名: 第７６回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場,愛知県名古屋市熱田区
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 様々な電解液を用いたSrTiO3の電場誘起金属絶縁体転移 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 洋平, 土井 聖将, 上野 和紀
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-13
• [学会発表] High density carrier doping for wide gap oxide semiconductors by an electric double layer transistor (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Ueno
  • 学会等名: 1st Joint symposium of MRS-J/E-MRS
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2014-12-10
  • 招待講演
• [学会発表] Electric double layer transistor on oxide: device development and manupulation of superconductivity (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Ueno
  • 学会等名: 27th International Symposium on Superconductivity
  • 発表場所: Tokyo,Japan
  • 年月日: 2014-11-25
  • 招待講演
• [学会発表] Development of New Superconductor and Two Dimensional Superconductivity by Electrostatic Carrier Doping Method (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Ueno
  • 学会等名: Second International Conference of Young Researchers on Advanced Materials
  • 発表場所: Haiko,China
  • 年月日: 2014-10-24 – 2014-10-29
  • 招待講演
• [学会発表] 無限層構造を持つ銅酸化物超伝導体薄膜への電場誘起キャリアドーピング (2014)
  • 著者名/発表者名: 清河文雄，林 昭悟，上野和紀
  • 学会等名: 第７５回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] Electric field-effect control of superconductivity : materials development and peculiar superconductivity in two dimension (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Ueno
  • 学会等名: Fusion Conference: Oxide Thin Film for Advanced Energy and Information Applications
  • 発表場所: Chicago, USA
  • 年月日: 2014-07-24
  • 招待講演
• [学会発表] Ga2O3単結晶をチャネルとする電気二重層トランジスタ (2014)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀、一杉 太郎、 西口 健吾、小山 浩司、會田 英雄
  • 学会等名: 2014年第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学、神奈川県相模原市
• [学会発表] Two-dimensional superconductivity at an electrolyte/insulator interface (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Ueno
  • 学会等名: MRS Spring Meeting 2013
  • 発表場所: Moscone West, SanFrancisco, USA.
  • 招待講演
• [学会発表] Electric-field-induced superconductivity on an oxide/electrolyte interface (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Ueno
  • 学会等名: CIFAR, Quantum Materias Program Meeting
  • 発表場所: Coast Plaza Hotel, Vancouver, Canada.
  • 招待講演
• [学会発表] Peculiar superconductivity on SrTiO3 Induced by electric field-effect (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Ueno
  • 学会等名: Emergent Quantum Phases in Condensed Matter(EQPCM)
  • 発表場所: 東京大学物性研究所、千葉県柏市
  • 招待講演
• [学会発表] 電界効果を用いた高濃度キャリア制御：材料開発への応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀
  • 学会等名: 応用物理学会超伝導分科会第４７回研究会
  • 発表場所: 国際超電導産業技術研究センター、東京都江東区
  • 招待講演
• [学会発表] 電気二重層トランジスタを用いた半導体表面への高濃度キャリア蓄積と物性制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀
  • 学会等名: 高分子学会有機エレクトロニクス研究会
  • 発表場所: 東京工業大学、東京都目黒区
  • 招待講演