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本研究では、「揮発性」デバイスによってAIハードウェアを構築するための手掛かりを得ることを目的としている。昨年度までの実験で、TiO2多結晶薄膜が電気化学的に水素を取り込み、SiO2との下部界面において安定に保持すること、またその際に水素は主に多結晶の粒内部を移動することなどを明らかにしてきた。一方でこうした固体中水素をデバイス応用しようとした場合、水素が移動する際の動的な経時変化について理解する必要があった。そこで本年度はTiO2多結晶薄膜の面直方向に水素が移動することによる、TiO2の電気伝導度の経時変化について詳細な実験を行い、単純なモデルを構築した。
まず単純にTiO2多結晶薄膜に電気化学的に水素をドープし、即座に真空チャンバーにセットして電気伝導度の経時変化にを測定したところ、初めの数十分の間に急激に電気伝導度が減少し、最終的に安定な電気抵抗値に落ち着くことが分かった。この初期の経時変化を水素の表面からの離脱によるものと考え、TiO2多結晶薄膜表面にSiO2のキャップを行ったところ、実際に初期の経時変化は劇的に遅く成り、高い電気抵抗率がより長い間い維持されることが分かった。さらにこの経時変化の速度は、表面のSiO2キャップ層が厚くなると劇的に遅く成ることが分かり、最終的に、表面の数nmのSiO2キャップによって水素の面直方向への移動と表面からの離脱が抑制されることが分かった。この結果は、TiO2を水素の透過層、SiO2キャップをバリア層、界面を蓄積層とした新しい固体水素-電子デバイスの作製が可能であることを示唆しており、「揮発性」デバイスを作製するための部品について具体的な「形」が見えてきたといえる。
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