2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study on electrical property control of pi- conjugated material by pyroelectricity and surface screening charge of polar material for environmental sensor applications
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16K06284
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
長田 貴弘 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, グループリーダー (10421439)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / 焦電体 / センサー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、多機能強誘電体結晶（LiNbO3、以下LN）を基板とし、光/熱によりに変化する分極・表面電荷(焦電/光起電力効果と表面に誘起されるスクリーン電荷の効果を指す)が、基板上のπ電子系材料の電気特性に及ぼす影響を解明・制御することを目的とする。素子として、基板極性のパターン化および焦電/光起電力効果によるπ電子系材料の電気特性制御と電界効果型素子構造を有し、自立駆動可能なセンサー素子の動作確認も目的とする。
LN基板に単層グラフェンを転写した試料の抵抗率の温度依存性を確認した。基板表面処理、電極構造の見直しにより、室温から400℃までの温度変化に対して二桁の抵抗率変化を実現している。これに対して、低温での導電性評価を単層～3層までのグラフェンで実施した。また分極方向の異なる面において＋分極方向で高抵抗化と大きな抵抗変化が確認される。低温領域では、単層および三層では2桁から3桁ほどの抵抗率の上昇が確認された。LiNbO3は負の焦電係数を有し、低温になるほど分極の効果が大きくなる傾向と一致する。さらに室温付近でI-V特性は線形であったのに対し、低温領域では非線形性を示した。しかし二層では、低温領域でも抵抗率はほとんど上昇せずI-V特性も線形を保つ結果となった。KFMによる表面電位の観察により単層及び二層は電極より表面ポテンシャルが小さく、三層は電極より大きい状態であること、二層及び三層は表面電位に大きなばらつきがあることが判明した。以上のことからLiNbO3の電界によりグラフェン内部にも電界の勾配が形成され、その影響は層数が少なくなるにつれ大きくなると考えられる。3層以上では変化率のばらつきが大きくなり、センサーとして利用するには1～2層の分子層が適当であることが解った。これらの結果の一部は現在、論文投稿を準備している。
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