| 研究課題/領域番号 |
19K05279
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
土屋 敬志 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (70756387)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 固体イオニクス / 電気二重層 / ナノイオニクス |
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| 研究実績の概要 |
近年、電気二重層デバイスは非常に高い電荷密度によって蓄電用途のみならず様々な電子物性制御への応用が期待されている。その動作原理は、電子材料/電解質界面の電気二重層形成に伴う電子材料への静電的なキャリア注入である。電気二重層デバイスには通常は液体電解質が用いられるものの液漏れや燃焼等の危険があるため、もし液体電解質に代えて固体電解質を利用できれば実用上大変有利である。しかし、液体電解質と異なり内部での電荷補償を生じやすい固体電解質においては液体同様の電気二重層効果の有無が未だよく分かっていない。そこで本研究では固体電解質/電子材料界面における電気二重層効果について、固体電解質における欠陥化学、固体イオニクスの視点を用いて詳細に調査し明らかにする。
本年度は、電子材料として化学的に不活性なダイヤモンドホモエピタキシャル薄膜をマイクロ波プラズマ化学気相合成により成膜し、同じくパルスレーザー堆積法により成膜したリチウムイオン伝導性の無機酸化物型固体電解質薄膜と組み合わせ電気二重層トランジスタを作成した。このトランジスタのゲート電圧変化に対するドレイン電流制御特性を半導体アナライザを用いて調査した。その結果、液体電解質を用いて報告されているのと同様の急峻なドレイン電流変調挙動が観察され、無機固体電解質との界面においても液体電解質と類似の電気二重層が形成される場合がある、すなわち固体電気二重層デバイスが実現可能であることを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の予定では今年度はダイヤモンド薄膜の成膜と半導体アナライザを用いる電気二重層トランジスタの電気特性の評価を予定しており、そのペースを鑑みると概ね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は予定通り、電圧印加により静電的なキャリア注入が起こっている電子材料/固体電解質界面の電位分布を電極表面からの硬X線光電子分光でその場観察する。本年度動作確認に成功した固体電解質の表面に薄膜電極を作成し、電圧印加状態で電極、および固体電解質の内殻準位を観察する。物質中の光電子の平均自由行程を考慮して解析することによって電極/固体電解質界面近傍での電位分布を得ると共に、異なる固体電解質の結果を比較する。
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