酸化度の異なる相転移酸化物結晶の成長と電気伝導特性に関する研究

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23560013
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 東海大学
• 研究代表者: 沖村 邦雄 東海大学, 工学部, 教授 (00194473)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 相転移酸化物 / バナジウム酸化物 / 絶縁体金属転移 / マグネリ相 / 結晶成長 / 薄膜堆積 / 相共存 / アニール効果

研究概要

本研究は68℃付近で4桁に及ぶ抵抗変化を伴う絶縁体－金属相転移(IMT)を発現する二酸化バナジウム(VO2)薄膜と共に，VO2組成とは酸化度の異なる結晶薄膜の成長と電気伝導特性に関するものである．サファイア基板及びシリコン基板を用いて，酸素流量の精密な制御によってV2O3からV2O5に至る幅広い酸化度の薄膜成長を実現した．また，低酸化度のV2O3薄膜のポストアニール処理によってVnO2n-1組成のマグネリ相及びVnO2n+1組成の結晶相へと結晶変態することが判明した．酸化度の異なる異相の相共存がVO2薄膜の電気的特性に強く影響しており，その影響を考慮したデバイス設計が重要となることを示した．

研究成果

• [雑誌論文] Temperature - dependent Raman and UPS studies on phase transition behavior of VO_2 films with M1 and M2 phases (2014)
  • 著者名/発表者名: Kunio Okimura, Nurul Hanis Azhan, Tetsuya Hajiri, Shin-ichi Kimura, Mustapha Zaghrioui and Joe Sakai
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: vol.115 ページ: 153501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of energetic substrate-incident ions on the growth of crystalline vanadium dioxide films in inductively coupled plasma-assisted sputtering (2014)
  • 著者名/発表者名: Md. Suruz Mian and Kunio Okimura
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: vol.53, No.3 ページ: 035802
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase selective growth and characterization of vanadium dioxide films on silicon substrates (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomo Watanabe, Kunio Okimura, Shin-ichi Kimura, Tetsuya Hajiri and Joe Sakai
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: vol.113 ページ: 163503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pulsed laser-deposited VO_2 thin films on Pt layers (2013)
  • 著者名/発表者名: Joe Sakai, Mustapha Zaghrioui, Vinh Ta Phuoc, Sylvain Roger, Cecile Autret-Lambert, and Kunio Okimura
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: vol.113 ページ: 123503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-temperature oriented growth of vanadium dioxide films on CoCrTa metal template on Si and vertical metal-insulator transition (2012)
  • 著者名/発表者名: Kunio Okimura, and Md.Suruz Mian
  • 雑誌名: J. Vac. Sci. Technol. 巻: A 30 ページ: 051502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stress-induced VO_2 films with M2 monoclinic phase stable at room temperature grown by inductively coupled plasma-assisted reactive sputtering (2012)
  • 著者名/発表者名: Kunio Okimura, Tomo Watanabe, and Joe Sakai
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: vol.111 ページ: 073514
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photo-induced lattice softening of excited-state VO_2 (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaki Hada, Kunio Okimura and Jiro Matsuo
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 99 ページ: 051903
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial Growth of V_2O_3 Thin Films on c-Al_2O_3 in Reactive Sputtering and Its Transformation to VO_2 Films by Post-annealing (2011)
  • 著者名/発表者名: Kunio Okimura and Yasushi Suzuki
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: Vol.50, No.6 ページ: 065803
  • 査読あり
• [雑誌論文] 反応性スパッタ法による相転移V_2O_3薄膜のサファイア基板上へのエピタキシャル成長 (2011)
  • 著者名/発表者名: 沖村邦雄,鈴木康史
  • 雑誌名: Journal of the Vacuum Society of Japan (真空) 巻: Vol.54, No3 ページ: 169-172
  • 査読あり
• [学会発表] TiNバッファー層によるVO_2薄膜の結晶成長及び転移特性の改善 (2014)
  • 著者名/発表者名: モハメッドシュルズミヤ,沖村邦雄
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会予稿集
  • 発表場所: 青山学院大学(18a-E8-6)
  • 年月日: 20140000
• [学会発表] 反応性スパッタ法によるVO_2(B)薄膜の成長とアニールによるVO_2(M1)への変換 (2014)
  • 著者名/発表者名: ヌルーハニスアズハン,沖村邦雄
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会予稿集
  • 発表場所: 青山学院大学(19a-E8-8)
  • 年月日: 20140000
• [学会発表] ICP支援スパッタ法における基板入射イオンエネルギー分析とVO_2薄膜の低温成長に関する研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: モハメッドシュルズミヤ,ヌルーハニスアズハン,沖村邦雄
  • 学会等名: 第74回応用物理学会学術講演会予稿集
  • 発表場所: 同志社大学(16p-D3-3)
  • 年月日: 20130000
• [学会発表] スパッタ法により堆積したVO_2薄膜の電気的特性とポストアニールによる伝導型反転 (2013)
  • 著者名/発表者名: ヌルーハニスアズハン,沖村邦雄
  • 学会等名: 第74回応用物理学会学術講演会予稿集
  • 発表場所: 同志社大学(16p-D3-5)
  • 年月日: 20130000
• [学会発表] Insulator-metal Transition of VO_2 Films on Noble Metal Bottom Electrodes (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Sakai, M. Zaghrioui, V. T. Phuoc, J. Wolfman, and K. Okimura
  • 学会等名: 2013JSAP-MRS Joint Symposium
  • 発表場所: 同志社大学(19a-M6-8, JSAP-MRS-E-008)
  • 年月日: 20130000
• [学会発表] Layered growth of vanadium dioxide films on Ti/Si by inductively coupled plasma assisted sputtering method and out-of-plane electrical switching characteristics (2013)
  • 著者名/発表者名: Md. Suruz Mian and Kunio Okimura
  • 学会等名: Proceedings of. 12^<th> International Symposium on Sputtering and Plasma Proccess (ISSP 2013)
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 20130000
• [学会発表] Electrical Properties of Post-annealed VO_2 Thin Films on Silicon Substrates with Metal-Insulator Transition (2013)
  • 著者名/発表者名: Nurul Hanis Azhan and Kunio Okimura
  • 学会等名: Proceedings of. 12^<th> International Symposium on Sputtering and Plasma Proccess (ISSP 2013)
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 20130000
• [学会発表] ICP支援スパッタ法によるTi/Si(100)上へのVO_2薄膜の低温成長と積層方向スイッチング (2013)
  • 著者名/発表者名: モハメッドシュルズミヤ,沖村邦雄
  • 学会等名: 第60回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工大(29p-F2-19)
  • 年月日: 20130000
• [学会発表] ガラス基板上M2相VO_2薄膜の結晶構造変態と金属-絶縁体転移特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 沖村邦雄,渡部智,坂井穣
  • 学会等名: 第60回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工大(29p-F2-18)
  • 年月日: 20130000
• [学会発表] Electrical Properties of VO_2 Thin Films and Post-annealing Effects on the Growth of Non-stoichiometric VOx (2013)
  • 著者名/発表者名: Nurul Hanis Azhan and Kunio Okimura
  • 学会等名: MJIIT-JUC Joint Symposium 2013 (MJJS 2013)
  • 発表場所: Tokai University, Hiratsuka, Japan(Proceedings ES-2-2)
  • 年月日: 2013-11-06
• [学会発表] ストレス誘起M_2相VO_2薄膜の電子状態と相転移特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡部智,モハメッドシュルズミヤ,沖村邦雄,坂井穣
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会予稿集
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学(12a-C13-4)
  • 年月日: 20120000
• [学会発表] ICP支援スパッタ法によるTi/Si(100)上へのVO_2薄膜の低温成長 (2012)
  • 著者名/発表者名: モハメッドシュルズミヤ,沖村邦雄
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会予稿集
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学(12a-C13-5)
  • 年月日: 20120000
• [学会発表] ICP支援スパッタ法による金属膜上へのVO_2薄膜の成長と積層方向スイッチング特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: モハメッドシュルズミヤ,沖村邦雄
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学(17p-F6-12)
  • 年月日: 20120000
• [学会発表] ICP支援スパッタ法におけるストレス誘起M2相VO_2薄膜の成長とその特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡部智,沖村邦雄,坂井穣
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学(17p-F6-13)
  • 年月日: 20120000
• [学会発表] 反応性スパッタ法によるマグネリ相を含む低酸化度バナジウム酸化膜堆積 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木康史,沖村邦雄
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学(17p-F6-14)
  • 年月日: 20120000
• [学会発表] Vanadium Dioxide Film Growth onn Titanium Metal Layer on Si (100) by Inductively Coupled Plasma Assisted Sputtering Method (2012)
  • 著者名/発表者名: Md. Suruz Mian and Kunio Okimura
  • 学会等名: MJIIT-JUC Joint Symposium 2012 (MJJS 2012)
  • 発表場所: MJIIT, UTM, KL, Malaysia(Proceedings ESE-8)
  • 年月日: 2012-11-21
• [学会発表] Electrical Properties of Vanadium Dioxide Thin Films on Silicon Substrate with Metal-Insulator Transition (2012)
  • 著者名/発表者名: Nurul Hanis Azhan and Kunio Okimura
  • 学会等名: MJIIT-JUC Joint Symposium 2012 (MJJS 2012)
  • 発表場所: MJIIT, UTM, KL, Malaysia(Proceedings ESE-8)
  • 年月日: 2012-11-21
• [学会発表] 反応性スパッタ法によるマグネリ相酸化バナジウム薄膜の堆積と相転移特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木康史,沖村邦雄
  • 学会等名: 第53回真空に関する連合講演会予稿集
  • 発表場所: 甲南大学ポートアイランドキャンパス(15P-16)
  • 年月日: 2012-11-15
• [学会発表] ICP支援スパッタ法によるM_2相VO_2薄膜の成長と相転移特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 渡部智,モハメッドシュルズミヤ,沖村邦雄
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会予稿集
  • 発表場所: 山形大学(1a-ZK-1)
  • 年月日: 20110000
• [学会発表] サファイアc面基板上にスパッタ成膜したV_2O_3薄膜の相転移特性と膜中ストレスの影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木康史,沖村邦雄
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会予稿集
  • 発表場所: 山形大学(1a-ZK-3)
  • 年月日: 20110000
• [学会発表] c面サファイア基板上バナジウム酸化膜におけるマグネリ相を含む相共存モデル (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木康史,沖村邦雄
  • 学会等名: 第52回真空に関する連合講演会予稿集
  • 発表場所: 学習院大学(17P-39)
  • 年月日: 2011-11-17
• [学会発表] Growth of phase transition VO_2 films with M_2 phase in inductively coupled plasma assisted reactive sputtering (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Watanabe, Md. Suruz Mian, K.Okimura and J. Sakai
  • 学会等名: 15^<th> International Conference on Thin Films
  • 発表場所: KyotoTERSSA(P-S2-44)
  • 年月日: 2011-11-10
• [学会発表] Growth of vanadium dioxide thin films with metal-insulator transition on CoCrTa/Si at low temperature (2011)
  • 著者名/発表者名: Md. Suruz Mian and Kunio Okimura
  • 学会等名: 15^<th> International Conference on Thin Films
  • 発表場所: KyotoTERSSA(P-S2-33)
  • 年月日: 2011-11-10
• [学会発表] Effects of phase coexistence and stress on the metal-insulator transition of V_2O_3 films grown on c-plane sapphire in reactive sputtering (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Okimura and Y. Suzuki
  • 学会等名: 11^<th> International Conference on Sputtering & Plasma Processes (ISSP2011) TF 1-5
  • 発表場所: Kyoto research Park
  • 年月日: 2011-07-08