| 研究概要 |
本研究では、SrTiO_3薄膜を活性層とする薄膜トランジスタ(TFT)作製し、ゲート電圧印加によって誘起される二次元電子ガス(2DEG)層の巨大熱電能Sを利用した赤外線センサーの試作を目指している。具体的には、熱的ド・ブロイ波λ_Dよりも薄い半導体極薄膜上にトッブゲート型薄膜トランジスタを作製し、次にゲート電圧印加によって形成される極薄2DEG層の電子輸送及びSを詳細に測定・解析し、さらに極薄2DEG層の赤外線センサー特性を調査する。H23年度はゲート絶縁体として含水ナノ多孔質ガラス(CAN:H.Ohta et al., Nature Communications 1:118(2010); Adv.Mater.24,740(2012)を用いた種々の酸化物半導体(KTaO_3、SrTiO_3、TiO_2、WO_3)電界効果トランジスタを作製し、ゲート電圧印加によって形成される極薄2DEG層の電子輸送及びSを、酸化物半導体の伝導帯下端のエネルギー(E_<CBM>)と水素発生電位(E_<H2>)の関係に着目して調査した。KTaO_3とSrTiO_3(E_<CBM>E_<H2>)では、ゲート電圧印加に伴いシートキャリア濃度が急激に増加した。|S|値は一旦減少したが、キャリア濃度が2×10^<14>cm^<-2>を越えると増大し、バルクの5倍に相当する大きな値を示した。一方、WO_3エビタキジャル薄膜(E_<CBM>E_<H2>)を活性層とした場合、ゲート電圧印加に伴い熱電能は単調減少し、KTaO_3とSrTiO_3に見られたV字回復現象は見られなかった。その結果、CANを用いるキャリア電界変調のポイントはE_<CBM>とE_<H2>の関係であり、含水ナノ多孔質ガラスにより極薄2DEGが誘起できるのはE_<CBM>E_<H2>の酸化物半導体であることが明らかになった。
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