希土類水素化物半導体から構成される薄膜トランジスタとその1Sバンド超伝導

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04583
• Research Institution: Okayama University of Science
• Principal Investigator: 中村 修 岡山理科大学, 研究・社会連携センター, 教授 (60749315)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 花尻 達郎 東洋大学, 理工学部, 教授 (30266994) ; 酒井 政道 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (40192588)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 希土類 / 水素 / 半導体薄膜 / 薄膜トランジスタ / 4f電子 / イッテリビウム

Outline of Annual Research Achievements

過去2年間の結果を踏まえ①電気的輸送特性評価、②高圧化の輸送特性評価及び③薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下TFT）を製作に取りかかった。
本研究ではPtキャップ付きYb膜を使用して水素素化物半導体YbH2膜の作製をしているが、前年までの研究で、ある温度以上(300～350℃)では、PtはYbH2層に拡散し、光学特性においてバンド端より低い波長領域特性に大きな影響を及ぼすことが判明した。YbH2－TFT作成にはPt除去プロセスが必要であるために、PtのYbH2膜への拡散の少ない水素化温度で試料作成を行っている。そうした中で、
①については、温度条件を250℃に固定（理由は省略）して、0.6%から3%水素雰囲気でYb膜(300nm)を水素化したところ、10Ωcmから100Ωcm程度の抵抗率の試料を得ることができたために、ホール効果測定用の電極を形成後、共同研究者に測定を依頼したことろ、ホール効果の測定では、ノイズが大きく測定が困難であることが判明した。この原因解明と対策に多くの時間を費やした。
②については、Cubicアンビル用の試料として、熱酸化膜付きSi基板(厚さ0.28mm)に 厚さ300nmのYbH2膜を作成したものが使用した。抵抗率が100ohm・cm程度の試料を測定に使用しましたが（薄膜ではMohmクラスの抵抗となる）電極付けが困難であった。しかしながら、12Gpaの圧力下で相転移らしき抵抗変化を見ることができた。→再測定が必要。4端子法での測定は、接触抵抗が大きい箇所があり、断念いた。そのために、論文にはしていない。
③については、水素化処理後の試料を使用して、薄膜トランジスタの通常のレジストを使用したフォトマスク法での作成を試みたがマンパワー不足のために、断念した。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

上述したように、前年度までの成果により10Ωcmから100Ωcm程度の抵抗率の試料を得ることができたので、それらの試料にホール効果測定用の電極を形成した。共同研究者に測定を依頼したことろ、ホール効果の測定では、ノイズが大きく測定が困難であることが判明した。又、高圧下でのCubicアンビル用の試料として、熱酸化膜付きSi基板(厚さ0.28mm)に 厚さ300nmのYbH2膜を作成したものが使用した。抵抗率が100ohm・cm程度の試料を測定に使用したが（薄膜ではMohmクラスの抵抗となる）電極付けが困難であった。
ホール効果、高圧実験の困難さの原因がPt/YbH2膜からPt除去後YbH2表面が酸化しているためであることを突き止めた。又　その対策のための予備実験に多くの時間を費やすことになった。

Strategy for Future Research Activity

先ず①に注力する。それと平行して②、③を行う。
①YbH2膜の薄膜トランジスタ（TFT）を作製して評価をする。TFTの作製は中村が行い、評価は花尻教授、中村が行う。
②YbH2膜の輸送特性を評価を行う。すなわち、YbH2膜単体膜で電気伝導度測定、ホール効果や磁気抵抗など評価を行う。ホール効果、磁気抵抗の評価は主とし
て、分担者である埼玉大 酒井教授が行う。試料の供給は中村が行う。
③TFTの動作が確認された場合、高圧下で価電子帯にホールを導入し、初期目標の達成を試みる。

Causes of Carryover

研究が計画より遅れたため。