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2021 年度 実績報告書

強誘電体帯電表面・界面における擬似ドーパント効果の検討とその制御

研究課題

研究課題/領域番号 19K04495
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

中嶋 誠二  兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (80552702)

研究分担者 藤澤 浩訓  兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (30285340)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード強誘電体 / 擬似ドーパント効果 / エネルギーバンド変調
研究実績の概要

計画最終年度の今年度は、昨年度に引き続き、グラフェン/強誘電体界面の擬似ドーパント効果を詳しく調べた。昨年度実施した実験から得た知見から、超高真空中で分極反転させ、バンド変調を光電子顕微鏡(Photoemission electron microscopy: PEEM)によりしらべた。本測定はSPring-8 BL17SUビームラインにて実施した。その結果分極反転前後でBi 4f XPSスペクトルが約0.4eVシフトすることが確認できた。しかしながら今回の測定では測定信号のS/N比が悪く、絶対値が正しく評価できなかった。以上の結果と昨年度までに得られた知見から、本研究で得られた知見を以下の通りまとめる。
1.Au/BiFeO3界面のバンド構造を確認し、Mnをドープすることで界面のバンド構造が変調できることを確認した。
2.グラフェン/BiFeO3構造を作製することで、チャージアップすることなく軟X線を用いたBiFeO3のXPSスペクトル観察が可能であることを見出した。
3.グラフェン/BiFeO3構造を用いて、BiFeO3の分極反転前後のXPSスペクトルを測定したところ、Bi4f XPSスペクトルが約0.2eVシフトすることを見出した。これはグラフェン/BiFeO3界面に誘起される分極電荷の正負が反転するためであり、分極電荷が擬似ドーパントとして働いていることを示していると考えられる。
以上のことから、強誘電体における自発分極電荷の擬似ドーパント効果により、バンド変調されることが確認できた。そかしながら、さらに高精度な実験が必要であり、硬X線光電子分光法等を用いた測定を検討する。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Impact of film thickness on the external quantum efficiency of bulk photovoltaic effects in Mn-doped BiFeO<sub>3</sub> thin films2021

    • 著者名/発表者名
      Nakashima Seiji、Kato Ren、Fujisawa Hironori
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 ページ: SFFB02~SFFB02

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac0ffb

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonvolatile operation of vertical ferroelectric gate-all-around nanowire transistors2021

    • 著者名/発表者名
      Fujisawa Hironori、Ikeda Kazuma、Nakashima Seiji
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 ページ: SFFB10~SFFB10

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac127c

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evidence of Fermi level tuning in multiferroic BiFeO3 thin films by Mn doping for high photovoltage generation2021

    • 著者名/発表者名
      S. Nakashima and H. Fujisawa
    • 雑誌名

      SPring-8 /SACLA Research Frontiers 2020

      巻: - ページ: 62-63

    • オープンアクセス
  • [学会発表] 反応性スパッタリングによる(Hf,Zr)O2薄膜の室温成膜2022

    • 著者名/発表者名
      尾内 惇平、畑 駿亮、大島 元太、藤沢 浩訓、中嶋 誠二
    • 学会等名
      2022年 第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 蛍光X線ホログラフィによるMnドープBiFeO3薄膜の電場印加下における構造解析2022

    • 著者名/発表者名
      加藤 廉、中嶋 誠二、藤沢 浩訓、木村 耕治、八方 直久、アン アルトニケビンロケロ、加藤 達也、山本 裕太、林 好一
    • 学会等名
      2022年 第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 強誘電体BiFeO3薄膜へのMnドープが局所構造および電子状態へ与える影響2021

    • 著者名/発表者名
      中嶋誠二
    • 学会等名
      原子分解能ホログラフィー・不規則系機能性材料合同研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] BiFeO3薄膜における膜厚方向のバルク光起電力効果2021

    • 著者名/発表者名
      中嶋誠二,加藤 廉,藤沢浩訓
    • 学会等名
      第38回強誘電体応用会議
  • [学会発表] 縦型強誘電体ゲートナノワイヤトランジスタの不揮発性動作 ………………………………………………………………………2021

    • 著者名/発表者名
      藤沢浩訓,池田一真,中嶋誠二
    • 学会等名
      第38回強誘電体応用会議
  • [学会発表] Bulk Photovoltaic Effects in BiFeO3 Planar Capacitors2021

    • 著者名/発表者名
      Seiji Nakashima, Ren Kato, Hironoro Fujisawa
    • 学会等名
      2021 Joint ISAF-ISIF-PFM Virtual Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] 強誘電体自発分極によるグラフェン/ BiFeO3界面のエネルギーバンド変調2021

    • 著者名/発表者名
      伊藤 達也、中嶋 誠二、藤沢 浩訓、大河内 拓雄
    • 学会等名
      2021年 第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] BFO薄膜の電気的特性に表面処理が及ぼす影響2021

    • 著者名/発表者名
      小山手 厚人、藤沢 浩訓、中嶋 誠二
    • 学会等名
      第31回日本MRS年次大会
  • [学会発表] BiFeO?薄膜キャパシタのバルク光起電力効果に及ぼす2021

    • 著者名/発表者名
      加藤 廉、中嶋 誠二、藤沢 浩訓
    • 学会等名
      第31回日本MRS年次大会

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公開日: 2022-12-28  

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