ナノ構造化した強相関電子材料への電界効果キャリア注入

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17340105
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: LIPPMAA Mikk 東京大学, 物性研究所, 助教授 (10334343)
• 研究分担者: 大西 剛 東京大学, 物性研究所, 助手 (80345230)
• キーワード: 強相関エレクトロニクス / マイクロ・ナノデバイス / MBE、エピタキシャル / 先端機能デバイス / 超薄膜

研究概要

平成17年度の研究計画に従い、酸化物の超薄膜およびナノ構造への電界効果ドーピング技術の開発研究をおこなった。今年度の予定は、酸化物電界効果トランジスタ(FET)の作製プロセス開発とその熟成であった。SrTiO_3をチャネル、CaHfO_3をゲート絶縁膜に用いたエピタキシャル電界効果トランジスタの作製に成功した。これらのデバイスは低温において期待されたキャリア移動度の増大が観測され、50Kで35cm^2/Vsにも達した。すなわち、ノンドープのSrTiO_3において純粋な電界効果のみによって絶縁体から金属への相転移が可能なことを実証した。さらに、DyScO_3をゲート絶縁膜に用いたFETの作製もおこなった。DyScO_3はCaHfO_3に比べSrTiO_3との格子整合がよく、より良い品質のヘテロ界面形成が可能である。実際にDyScO_3を用いたFETiは50Kで75cm^2/Vsというより高い電界効果移動度をしめした。さらにイオンミリングで形成できる酸素欠損SrTiO_3を埋め込み型のソース・ドレイン電極として用いた新規デバイス構造を開発した。本手法で形成した電極は、これまで用いていた(La, Sr)TiO_3電極と同等な性能を持つことがわかった。
エピタキシャル酸化物ナノ構造の開発研究も研究計画通りに進んでいる。SrTiO_3中に埋め込んだLaTiO_3ナノワイヤーが金属的であり原子レベルで急峻な構造であることが透過型電子顕微鏡観察により明らかとなった。走査透過型電子顕微鏡(STEM)によるワイヤー構造の直接観察によってSrO終端SrTiO_3表面上にのみ一原子層厚の構造が形成できることがわかった。
これらの研究成果は応用物理学会、秋期MRS学会、春期APS学会などで発表した。

研究成果

• [雑誌論文] Pulsed laser deposition of oxide thin films (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Ohnishi, H.Koinuma, M.Lippmaa
  • 雑誌名: Applied Surface Science Vol.252,issue 7 ページ: 2466-2471
• [雑誌論文] Pulsed laser deposition and characterization of low-dimensional oxide structures (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Lippmaa
  • 雑誌名: 応用物理 Vol.73,No.2 ページ: 303-308
• [雑誌論文] An in situ transport measurement of interfaces between SrTiO_3(100) surface and an amorphous wide-gap insulator (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Shibuya, T.Ohnishi, T.Uozumi, H.Koinuma, M.Lippmaa
  • 雑誌名: Applied Surface Science On-line 21 Nov. ページ: doi:10.1016/j.apsusc.2005.10.033
• [雑誌論文] Transport properties of ultrathin oxide films and nanostructures (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Mihara, K.Shibuya, T.Ohnishi, H.Koinuma, M.Lippmaa
  • 雑誌名: Thin Solid Films Vol.486,Issue 1-2 ページ: 195-199
• [雑誌論文] Sr surface segregation and water cleaning for atomically controlled SrTiO_3(001) substrates studied by photoemission spectroscopy (2005)
  • 著者名/発表者名: D.Kobayashi, T.Ohnihsi, M.Lippmaa, et al.
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena Vol.144-147 ページ: 443-446
• [雑誌論文] Spectral evidence for inherent "dead layer" formation at La_<1-x>Sr_yFeO_3/La_<1-x>Sr_xMnO_3 heterointerface (2005)
  • 著者名/発表者名: R.Hashimoto, T.Ohnishi, M.Lippmaa, et al.
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena Vol.144-147 ページ: 479-481
• [雑誌論文] In situ angle-resolved photoemission study on La_<1-x>Sr_xMnO_3 thin films grown by laser MBE (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Chikamatsu, T.Ohnishi, M.Lippmaa, et al.
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena Vol.144-147 ページ: 511-514
• [雑誌論文] Hard X-ray photoemission study Mn 2p core-levels of La_<1-x>Sr_xMnO_3 thin films (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Horiba, M.Lippmaa, H.Koinuma, S.Shin, et al.
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena Vol.144-147 ページ: 557-559
• [雑誌論文] In situ photoemission study of La_<1-x>Sr_xFeO_3 epitaxial thin films (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Wadati, M.Lippmaa, M.Kawasaki, H.Koinuma, et al.
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena Vol.144-147 ページ: 877-880
• [雑誌論文] Flux-assisted reactive solid phase epitaxy of highly c-axis oriented Ru(Eu_<1.5>Ce_<0.5>) Sr_2Cu20_<10-δ> thin films (2005)
  • 著者名/発表者名: W.Q.Lu, H.Koinuma, K.Shibuya, M.Lippmaa, et al.
  • 雑誌名: Physica C : Superconductivity Vol.422,Issue 1-2 ページ: 46-50
• [雑誌論文] Manifestation of correlation effects in the photoemission spectra of Ca_<1-x>Sr_xRuO_3 (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Takizawa, M.Lippmaa, M.Kawasaki, H.Koinuma, et al.
  • 雑誌名: Physical Review B Vol.72 ページ: 060404
• [雑誌論文] In vacuo photoemission study of atomically controlled La_<1-x>Sr_xMnO_3 thin films : Composition dependence of the electronic structure (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Horiba, M.Lippmaa, K.Ono, M.Kawasaki, H.Koinuma, et al.
  • 雑誌名: Physical Review B Vol.71 ページ: 155420
• [雑誌論文] Hole-doping-induced changes in the electronic structure of La_<1-x>Sr_xFeO_3: Soft x-ray photoemission and absorption study of epitaxial thin films (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Wadati, M.Lippmaa, M.Kawasaki, H.Koinuma, et al.
  • 雑誌名: Physical Review B Vol.71 ページ: 035108
• [雑誌論文] Improved stoichiometry and misfit control in perovskite thin film formation at a critical fluence by pulsed laser deposition (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Ohnishi, M.Lippmaa, T.Yamamoto, S.Meguro, H.Koinuma
  • 雑誌名: Applied Physics Letters Vol.87 ページ: 241919
• [雑誌論文] Thickness-dependent electronic structure of ultrathin SrRuO_3 films studied by in situ photoemission spectroscopy (2005)
  • 著者名/発表者名: D.Toyota, T.Ohnishi, M.Lippmaa, H.Koinuma, et al.
  • 雑誌名: Applied Physics Letters Vol.87 ページ: 162508
• [雑誌論文] Epitaxial growth and transport properties of Nb-doped SrTiO3 thin films (2005)
  • 著者名/発表者名: K.S.Takahashi, T.Ohnishi, M.Lippmaa, J.-M.Triscone, et al.
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE Vol.5932 ページ: 59321K