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2021 年度 実施状況報告書

固体中プロトンを利用した0.1Vエレクトロニクスの創成

研究課題

研究課題/領域番号 20K20553
研究機関九州大学

研究代表者

矢嶋 赳彬  九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (10644346)

研究期間 (年度) 2020-07-30 – 2023-03-31
キーワードプロトン / 酸化タングステン / パラジウム
研究実績の概要

0.1Vという極低電圧で動作するスイッチングデバイスの創成を目指して、プロトンと相転移材料を利用した新デバイスの研究を行っている。2020年度の研究で、酸化物中のプロトンの揮発性について、基礎的な知見を得ることができた。2021年度は、これらの知見を元に、WO3とPdを用いた2端子素子を作製し、電圧によって固体素子中のプロトンの動きを制御することを目的として、研究を行った。
シリコン基板上にプラチナ電極を作製し、その上にパルスレーザ堆積法でWO3アモルファス薄膜を、電子線蒸着法でPd電極を作製した。この2端子素子を水素5%の雰囲気中で電気特性評価したところ、時間とともに電気伝導性が2桁ほど上昇することが分かった。さらにこの電気伝導性の変化量は、測定時にPd電極に正電圧をかけるか負電圧をかけるかによって、明確に異なり、Pd電極に正電圧を印加したときのみ電気伝導性が大きく上昇することが分かった。これはPdに吸収されたプロトンが、正電圧に反発してWO3中に移動したためだと考えられる。また電気伝導性の変化量を決める閾値電圧がほぼ0Vであったことも、過去の文献からPdとWO3とで水素吸収に関する標準電極電位の差が小さいことと矛盾しない。
さらにPdにわずかにプロトンを吸収させた状態で、2端子間に正負の電圧を印加すると、印加電圧に対応して過渡的に電気伝導性が変化することを確認した。これは電圧によって素子中のプロトンの移動を駆動することに成功したと言える。以上のようにWO3-Pdの2端子素子において、プロトン移動を電圧制御することに成功した。

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

目標としていたプロトンの電圧制御に成功したため

今後の研究の推進方策

低電圧スイッチング素子の実現に向けて、薄膜の積層構造を駆使したプロトン制御手法を確立し、特に低電圧動作を実現するための要件を明らかにすることを目指す。

次年度使用額が生じた理由

実験内容の修正により、本年度ではなく次年度に予算執行時期が変化したため。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Atomistic Simulation Study of Impacts of Surface Carrier Scatterings on Carrier Transport in Pt Nanosheets2021

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Takahisa、Kato Taro、Yajima Takeaki、Uchida Ken
    • 雑誌名

      IEEE Electron Device Letters

      巻: 42 ページ: 1057~1060

    • DOI

      10.1109/LED.2021.3077466

    • 査読あり
  • [学会発表] Next-generation switching devices based on metal-insulator transitions2022

    • 著者名/発表者名
      Takeaki Yajima
    • 学会等名
      ISPlasma2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ultra-sharp three-terminal switch using nano-scale phase transition material2021

    • 著者名/発表者名
      Takeaki Yajima
    • 学会等名
      34th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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