酸化物半導体一次元電子ガスの電界誘起と超巨大熱電能変調

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25246023
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 太田 裕道 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (80372530)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 含水ナノ多孔性ガラス / 光・電気・磁気特性の可逆変調

研究実績の概要

ナノ㍍オーダーの極細半導体細線に蓄積される一次元電子ガス（1DEG）は伝導帯電子状態密度の離散化に伴う量子サイズ効果に起因したユニークな光・電子・磁気物性を示すことから、1DEG形成により金属酸化物半導体の物性を化合物半導体以上に高めることが可能と考えられる。本研究では、AFMリソグラフィー技術を利用して、金属酸化物半導体上にナノ㍍オーダーの極細1DEGを電界誘起することで超巨大熱電能の観測を試みてきた。
初年度・二年目に当初計画通り「含水ナノ多孔性ガラス」中の水の電気分解を利用したSrTiO3単結晶上への一次元電子ガス誘起を試みたが、書き込みはできるものの不安定で、熱電能などの電気計測を行うことが出来なかったため、三年目には機能性酸化物薄膜全体を「含水ナノ多孔性ガラス」を用いて電気化学的に酸化・プロトン化することで絶縁体⇔金属変化を安定化し、VO2薄膜オンデマンド赤外線透過・遮断デバイス、SrCoOx薄膜電気・磁気メモリーデバイスの作製に成功した。最終年度となる2016年度は、これらのデバイスの知見を活かして、酸化還元反応を利用した機能性酸化物の物性可逆変調を進化させた。
具体的には、「電子カーテン」として最近注目を浴びているエレクトロクロミック材料に、薄膜トランジスタ構造を適用することで、無色透明⇔黒色の色変化で情報を表示・記憶し、同時に電気を通す⇔通さない（＝電子情報）を記憶し、読み出すことが可能な、新しい情報表示・記憶装置の開発に成功した。本装置は、室温で製造できることから、安価で、大面積化が容易という特長がある。また、情報記憶後は待機電力がゼロになるため省エネである。例えば、鏡や窓ガラスに情報を表示し、記憶する装置として応用できると期待している。（プレス発表後、新聞等に掲載された）

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

大学ジャーナルオンライン(2016.5.21)、科学新聞(2016.5.27)、月刊OPTRONICS(2016.5.24)、日刊工業新聞(2016.6.1)他、海外を合せると20件のメディア報道があった。

研究成果

• [国際共同研究] 成均館大学校(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: 成均館大学校
• [国際共同研究] Oak Ridge National Laboratory(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Oak Ridge National Laboratory
• [国際共同研究] 台湾交通大学/Academia Sinica(台湾)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: 台湾交通大学/Academia Sinica
• [国際共同研究] Humboldt-Universitat zu Berlin(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Humboldt-Universitat zu Berlin
• [雑誌論文] Reactive solid-phase epitaxy and electrical conductivity of layered sodium manganese oxide films (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Katayama, T. Katase, T. Tohei, B. Feng, Y. Ikuhara, and H. Ohta
  • 雑誌名: Cryst. Growth Des. 巻: 17 ページ: 1849-1853
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.6b01810
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Remarkably air- and moisture-stable hole-doped carbon nanotube films by a boron-based oxidant (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Funahashi, N. Tanaka, Y. Shoji, N. Imazu, K. Nakayama, K. Kanahashi, H. Shirae, S. Noda, H. Ohta, T. Fukushima, and T. Takenobu
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 10 ページ: 035101-1-4
  • DOI: 10.7567/APEX.10.035101
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 特別記事・注目をあびるエレクトロクロミック材料とその可能性－窓ガラスがメモリーとして利用可能に－ (2017)
  • 著者名/発表者名: 太田裕道
  • 雑誌名: 工業材料 巻: 65 ページ: 78-82
• [雑誌論文] Solid-liquid phase epitaxial growth of Li4Ti5O12 thin film (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Li, T. Katase, Y. Zhu, T. Matsumoto, T. Umemura, Y. Ikuhara, and H. Ohta
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 9 ページ: 125501-1-4
  • DOI: 10.7567/APEX.9.125501
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced thermoelectric power in two-dimensional transition metal dichalcogenide monolayers (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Pu, K. Kanahashi, N. T. Cuong, C-H. Chen, L-J. Li, S. Okada, H. Ohta, and T. Takenobu
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 94 ページ: 014312-1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.94.014312
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A transparent electrochromic metal-insulator switching device with three-terminal transistor geometry (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Katase, T. Onozato, M. Hirono, T. Mizuno, and H. Ohta
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 ページ: 25819-1-9
  • DOI: 10.1038/srep25819
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Efficiency and long-term durability of nitrogen-doped single-walled carbon nanotube electrocatalyst synthesized by defluorination-assisted nanotube-substitution for oxygen reduction reaction (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yokoyama, S. Yokoyama, Y. Sato, K. Hirano, S. Hashiguchi, K. Motomiya, H. Ohta, H. Takahashi, K. Tohji, and Y. Sato
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: 4 ページ: 9184-9495
  • DOI: 10.1039/C6TA02722A
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optoelectronic properties of valence-state-controlled amorphous niobium oxide (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Onozato, T. Katase, A. Yamamoto, S. Katayama, K. Matsushima, N. Itagaki, H. Yoshida, and H. Ohta
  • 雑誌名: J. Phys. Condens. Mater. 巻: 28 ページ: 255001-1-7
  • DOI: 10.1088/0953-8984/28/25/255001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 導電性酸化物薄膜の物性改質方法 (2017)
  • 著者名/発表者名: 太田裕道
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2017-03-14 – 2017-03-17
  • 招待講演
• [学会発表] Electric Field Thermopower Modulation of BaSnO3 Epitaxial Film (2017)
  • 著者名/発表者名: Anup Sanchela and Hiromichi Ohta
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2017-03-14 – 2017-03-17
• [学会発表] Effective power factor of Sr(Ti,Nb)O3/SrTiO3 superlattices (2017)
  • 著者名/発表者名: Yu-Qiao Zhang and Hiromichi Ohta
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2017-03-14 – 2017-03-17
• [学会発表] ホモロガス相SrnNbnO3n+2の固相エピタキシャル薄膜成長 (2017)
  • 著者名/発表者名: 根津有希央，陳 春林, 幾原雄一, 太田裕道
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2017-03-14 – 2017-03-17
• [学会発表] Improvement of thermoelectric power factor of heavily Nb-doped SrTiO3 superlattices (2017)
  • 著者名/発表者名: Yu-Qiao Zhang and Hiromichi Ohta
  • 学会等名: 第52回応用物理学会北海道支部/第13回日本光学会北海道支部合同学術講演会
  • 発表場所: 北見工業大学（北海道・北見市）
  • 年月日: 2017-01-07 – 2017-01-08
• [学会発表] 3端子TFT 構造アモルファスWO3エレクトロクロミック素子の開発と動作検証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小野里尚記，片瀬貴義，廣野未沙子, 水野 拓, 太田裕道
  • 学会等名: 第52回応用物理学会北海道支部/第13回日本光学会北海道支部合同学術講演会
  • 発表場所: 北見工業大学（北海道・北見市）
  • 年月日: 2017-01-07 – 2017-01-08
• [学会発表] Thermoelectric Seebeck effect of two dimensional electron gas in SrTiO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Ohta
  • 学会等名: International conference on Advances in Functional Materials
  • 発表場所: Anna University, Chennai (India)
  • 年月日: 2017-01-06 – 2017-01-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Amorphous WO3 electrochromic device with thin-film transistor electrode geometry (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Onozato, T. Katase, M. Hirono, T. Mizuno, and H. Ohta
  • 学会等名: The 17th RIES-Hokudai International Symposium “柔”[Ju]
  • 発表場所: シャトレーゼガトーキングダムサッポロ（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-12-13 – 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Thermoelectric properties of SrTiO3-SrNbO3 full range solid solutions (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Zhang, T. Katase, T. Onozato, B. Feng, H. Hayashi, T. Tohei, I. Tanaka, Y. Ikuhara, and H. Ohta
  • 学会等名: The 17th RIES-Hokudai International Symposium “柔”[Ju]
  • 発表場所: シャトレーゼガトーキングダムサッポロ（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-12-13 – 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Thermoelectric properties of Nb-doped BaSnO3 thin film (2016)
  • 著者名/発表者名: A.V. Sanchela and H. Ohta
  • 学会等名: The 17th RIES-Hokudai International Symposium “柔”[Ju]
  • 発表場所: シャトレーゼガトーキングダムサッポロ（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-12-13 – 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of amorphous NaTaO3 nanopillar array film (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, T. Katase, and H. Ohta
  • 学会等名: The 17th RIES-Hokudai International Symposium “柔” [Ju]
  • 発表場所: シャトレーゼガトーキングダムサッポロ（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-12-13 – 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Water-gated thin film transistors on functional oxides -Toward multifunctional memory devices- (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Katase, T. Onozato, Y. Suzuki, K. Endo, M. Hirono, T. Mizuno, T. Tohei, Y. Ikuhara, and H. Ohta
  • 学会等名: 2016 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Hynes Convention Center, Boston, MA (USA)
  • 年月日: 2016-11-27 – 2016-12-02
  • 国際学会
• [学会発表] Oxygen reduction reaction of nitrogen-doped single-walled carbon nanotubes synthesized by defluorination (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yokoyama, S. Yokoyama, Y. Sato, K. Hirano, S. Hashiguchi, K. Motomiya, H. Ohta, H. Takahashi, K. Tohji, and Y. Sato
  • 学会等名: 2016 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Hynes Convention Center, Boston, MA (USA)
  • 年月日: 2016-11-27 – 2016-12-02
  • 国際学会
• [学会発表] Unusually large thermopower of nanostructured oxides (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Ohta and W. S. Choi
  • 学会等名: ENGE 2016 (International Conference on Electronic Materials and Nanotechnology for Green Environment)
  • 発表場所: Ramada Plaza Jeju Hotel, Jeju (South Korea)
  • 年月日: 2016-11-06 – 2016-11-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 色調-導電性を同時変調可能な酸化物エレクトロクロミック素子の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小野里尚記, 片瀬貴義, 廣野未沙子, 水野 拓, 太田裕道
  • 学会等名: 日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-10-27 – 2016-10-28
• [学会発表] コバルト酸ストロンチウム薄膜の酸化還元反応を利用した電気・磁気メモリデバイスの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木雄喜, 片瀬貴義, 太田裕道
  • 学会等名: 日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-10-27 – 2016-10-28
• [学会発表] 熱電能電界変調法による二次元熱電能増強理論の検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 太田裕道, 金木奨太, 橋詰 保
  • 学会等名: 薄膜材料デバイス研究会
  • 発表場所: 龍谷大学 響都ホール校友会館（京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-10-21 – 2016-10-22
• [学会発表] 薄膜トランジスタ電極配置を有するエレクトロクロミックデバイスの室温作製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小野里尚記, 片瀬貴義, 廣野未沙子, 水野 拓, 太田裕道
  • 学会等名: 薄膜材料デバイス研究会
  • 発表場所: 龍谷大学 響都ホール校友会館（京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-10-21 – 2016-10-22
• [学会発表] 磁性と導電性を同時切替可能な全固体薄膜デバイスの作製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木雄喜, 片瀬貴義, 太田裕道
  • 学会等名: 薄膜材料デバイス研究会
  • 発表場所: 龍谷大学 響都ホール校友会館（京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-10-21 – 2016-10-22
• [学会発表] 赤外線透過率-導電率同時切替デバイスの開発～多機能型スマートウィンドウに向けて～ (2016)
  • 著者名/発表者名: 片瀬貴義, 遠藤賢司, 太田裕道
  • 学会等名: クロモジェニック研究会
  • 発表場所: 産業技術総合研究所中部センター（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2016-10-21 – 2016-10-21
  • 招待講演
• [学会発表] Thermoelectric properties of SrTiO3-SrNbO3 full range solid solutions (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Zhang, T. Onozato, T. Katase, and H. Ohta
  • 学会等名: International Workshop on Oxide Electronics 23
  • 発表場所: Nanjing International Conference Hotel, Nanjing (China)
  • 年月日: 2016-10-12 – 2016-10-14
  • 国際学会
• [学会発表] Anomalous thermopower of ultrathin LaTiO3 epitaxial layers (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Onozato, T. Katase, T. Tohei, Y. Ikuhara, and H. Ohta
  • 学会等名: International Workshop on Oxide Electronics 23
  • 発表場所: Nanjing International Conference Hotel, Nanjing (China)
  • 年月日: 2016-10-12 – 2016-10-14
  • 国際学会
• [学会発表] Leakage-free alkaline electrolyte: Amorphous NaTaO3 nanopillar array (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Suzuki, T. Katase, and H. Ohta
  • 学会等名: International Workshop on Oxide Electronics 23
  • 発表場所: Nanjing International Conference Hotel, Nanjing (China)
  • 年月日: 2016-10-12 – 2016-10-14
  • 国際学会
• [学会発表] Reversible switching from an insulator to a conducting magnet -New way toward high capacity memory device- (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Katase, Y. Suzuki, and H. Ohta
  • 学会等名: International Workshop on Oxide Electronics 23
  • 発表場所: Nanjing International Conference Hotel, Nanjing (China)
  • 年月日: 2016-10-12 – 2016-10-14
  • 国際学会
• [学会発表] Electron transport properties of SrTiO3-SrNbO3 full range solid solutions (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuqiao Zhang, Takaki Onozato, Takayoshi Katase, Hiromichi Ohta
  • 学会等名: HOKUDAI-NCTU International Joint Symposium on Nano, Opto and Bio Sciences
  • 発表場所: 北海道大学（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-10-04 – 2016-10-05
  • 国際学会
• [学会発表] Anomalous thermopower of ultrathin LaTiO3 epitaxial layers (2016)
  • 著者名/発表者名: Takaki Onozato, Takayoshi Katase, Tetsuya Tohei, Yuichi Ikuhara, Hiromichi Ohta
  • 学会等名: HOKUDAI-NCTU International Joint Symposium on Nano, Opto and Bio Sciences
  • 発表場所: 北海道大学（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-10-04 – 2016-10-05
  • 国際学会
• [学会発表] Leakage-free alkaline electrolyte: Amorphous NaTaO3 nanopillar array (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Suzuki, Takayoshi Katase, Hiromichi Ohta
  • 学会等名: HOKUDAI-NCTU International Joint Symposium on Nano, Opto and Bio Sciences
  • 発表場所: 北海道大学（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-10-04 – 2016-10-05
  • 国際学会
• [学会発表] Verification of 2D enhanced thermopower theory by electric field thermopower modulation (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiromichi Ohta, Shota Kaneki, Tamotsu Hashizume
  • 学会等名: HOKUDAI-NCTU International Joint Symposium on Nano, Opto and Bio Sciences
  • 発表場所: 北海道大学（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-10-04 – 2016-10-05
  • 国際学会
• [学会発表] 熱電能電界変調法：AlGaN/GaN-MOSHEMT (2016)
  • 著者名/発表者名: 太田裕道, 金木奨太, 橋詰 保
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
  • 招待講演
• [学会発表] モット絶縁体超薄膜の熱電能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小野里尚記, 片瀬貴義, 張 雨橋, 藤平哲也, フウビン, 幾原雄一, 太田裕道
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] Hidden Electronic Phase Boundary in the SrTiO3-SrNbO3 Solid-solution System (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuqiao Zhang, Takayoshi Katase, Takaki Onozato, Bin Feng, Hiroyuki Hayashi, Tetsuya Tohei, Isao Tanaka, Yuichi Ikuhara, Hiromichi Ohta
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] Sr1-xBaxCoO3-δ薄膜の強磁性転移温度 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木雄喜, 片瀬貴義, 太田裕道
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] 絶縁体から導電性磁石への可逆切替デバイス-高密度情報記憶素子に向けて- (2016)
  • 著者名/発表者名: 片瀬貴義, 鈴木雄喜, 太田裕道
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第29回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス（広島県・東広島市）
  • 年月日: 2016-09-07 – 2016-09-09
  • 招待講演
• [学会発表] Reversible switching from an insulator to a conducting magnet-New way toward high capacity memory device- (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Katase, Y. Suzuki, and H. Ohta
  • 学会等名: International Research School: Electronic States and Phases Induced by Electric or Optical Impacts (IMPACT 2016)
  • 発表場所: the Institute of Scientific Studies, Cargese (France)
  • 年月日: 2016-08-23 – 2016-09-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Metal Oxide-Based Thin Film Structures (1st Edition) Formation, Characterization and Application of Interface-based Phenomena (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiromichi Ohta
  • 総ページ数: 発行決定
  • 出版者: ELSEVIER
• [備考] 北海道大学 電子科学研究所 太田裕道研究室
  • URL: http://functfilm.es.hokudai.ac.jp/
• [備考] 【プレスリリース】窓ガラスがメモリーになる？ 新しい情報表示・記憶装置の開発に成功
  • URL: http://www.hokudai.ac.jp/news/160516_es_pr.pdf
• [備考] The switch that could double USB memory
  • URL: https://www.global.hokudai.ac.jp/blog/35567/