| 研究課題/領域番号 |
19H05618
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
藤村 紀文 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50199361)
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| 研究分担者 |
吉村 武 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30405344)
是枝 聡肇 立命館大学, 理工学部, 教授 (40323878)
佐藤 琢哉 東京工業大学, 理学院, 教授 (40451885)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| キーワード | 強誘電体 / 素励起 / コヒーレント状態 / 急峻スイッチトランジスタ / 負性容量 / 電気熱量効果 / 熱マネジメントデバイス |
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| 研究実績の概要 |
１．申請者らが明らかにした「急峻スイッチトランジスタ（負性容量FET）動作の新しい物理描像」をデバイス応用へと発展させるために，強誘電体に電界を印加することによって生じる分極反転とそれに伴うフォノン変調や半導体表面ポテンシャル変化のダイナミクスをコヒーレントフォノンに起因する誘電率や反射率の変調として評価するための基礎検討を行った． ２．急峻スイッチトランジスタのnsec以下での高速動作を電気的/光学的に評価するための高品質薄膜試料を作製する新たな薄膜成長システムの構築に取り組んだ．また、ALD成長装置を新規に立ち上げ，Al2O3薄膜やHfO2系/ZrO2系強誘電体極薄膜の成長に必要な基礎的な成長データーの収集を始めた． ３．電極に挟まれたMFM構造や半導体上のMFS構造のYMnO3やBiFeO3薄膜においてコヒーレントフォノンやマグノンに起因したTHz放射を評価するための試料構造と光学評価システムの構築に関する議論を行い，試料構造を決定した． ４．コヒーレントフォノンやマグノンに起因したTHz放射がネール点以下で大きく増加することが明らかになっている．したがって，評価方法の確立にむけての第一ステップとしてデバイス評価を低温で行うための実験システムや試料構造をデザインした．５．強誘電体の電気熱量効果を用いたヒートポンプの駆動に関する計算機シミュレーションを行った．６．モノリシック熱ダイオード（固体ヒートポンプ）のデバイスデザインを可能にする指導原理を構築するための基礎検討を行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
１．「急峻スイッチトランジスタ（負性容量FET）動作の新しい物理描像」を新たに提案することができた．２．強誘電体の電気熱量効果を用いたヒートポンプの駆動に関する計算機シミュレーションを行い，強誘電体薄膜を用いても高周波駆動することによってヒートポンプとしての駆動が可能であることが明らかになった．提案する駆動原理は全く新規なもので特許取得を準備中である．この２点は本研究提案の新規性を裏付ける最も重要な部分であり，かつ提案するデバイスの更なる発展を示唆しているため，計画以上に進呈していることとなる． ３．本研究では，極めて精度の高い評価実験を必要とする．従って，質の高い強誘電体薄膜の作成が重要になる．すでにコヒーレントフォノンやマグノンに起因したTHz放射が確認されているYMnO3やBiFeO3薄膜の成長方法に加えて，成長中に発光分析，電子線回折，質量分析を利用してより成長条件を最適化できるシステムを構築した．その他の実験は計画通りに進んでおり、全体として当初の計画以上に進展していると考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
１．「急峻スイッチトランジスタ（負性容量FET）動作の新しい物理描像」をデバイス応用へと発展させるために，強誘電体ドメインの影響を取り入れた計算手法を確立する．２．急峻スイッチトランジスタのnsec以下での高速動作を電気的/光学的に評価するための高品質薄膜試料を作製する新たな薄膜成長システム（プラズマの発光分析，気相空間の質量分析，成長膜の電子線回折を同時に評価しながら成長を行うシステム）を利用した成長条件の最適化を行う． 基礎的な成長データーの収集を始めたALD成長装置では，Al2O3薄膜やHfO2系/ZrO2系強誘電体極薄膜の成長を行い，原子状成長が可能になる成長条件を確立する．３．強誘電体に電界を印加することによって生じる分極反転とそれに伴うフォノン変調や半導体表面ポテンシャル変化のダイナミクスをコヒーレントフォノンに起因する誘電率や反射率の変調として評価するための実験に向けて電極構造を最適化し，本評価方法を確立する．４．電極に挟まれたMFM構造や半導体上のMFS構造のYMnO3やBiFeO3薄膜においてコヒーレントフォノンやマグノンに起因したTHz放射を評価するための試料構造と光学評価システムの構築を行う． ５．上述の実験を低温で行う．６．強誘電体の電気熱量効果を用いたヒートポンプの駆動に関する計算機シミュレーションをさらに進める．７．モノリシック熱ダイオード（固体ヒートポンプ）のデバイスデザインを可能にする指導原理を構築するための基礎検討を行う．
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