【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】15H02113 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

チタン酸ストロンチウム / 電界効果トランジスタ / ホール効果 / 近藤効果 / 強誘電 / 超伝導 / 人工ニューロン / 人工シナプス / 強相関エレクトロニクス / モットFET / ニューロモルフィック / 酸素欠損 / 酸素同位体置換 / 超伝導材料・素子 / 酸素同位体 / 強相関系 / モットロニクス / 負の静電容量 / パリレン / サブスレショルドスイング / 易動度 / 負性抵抗

【研究成果の概要】

HfO2(20nm)/パリレン(6nm)の積層膜をゲートに用いてモットトランジスタの作製に成功したが、スイッチング速度が異常に遅かった。しかし「遅い素子」は脳型回路研究で重要であることを知り、SrTiO3 (STO)のFETで人工ニューロンとシナプスの作製を試みたところ、脳型回路研究に新分野を切り開く新概念素子が作製できた。低温でSTOの誘電率は急増するが強誘電転移は起きない。STO FETには低温で２種類のキャリアが現れ、ホール効果の異常と近藤効果が同時出現する。酸素同位体置換でSTOは強誘電体になるが、金属状態だと転移せず超伝導転移温度が上昇する。強誘電と物性の関係をさらに研究中である。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】35,230千円 (直接経費: 27,100千円、間接経費: 8,130千円)

【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】26246022 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酸化物表面 / 界面 / 走査プローブ顕微鏡 / 走査トンネル顕微鏡 / ペロブスカイト / 二次元電子状態 / 超伝導 / 金属酸化物 / 表面 / 酸化物エレクトロニクス / 薄膜 / 酸化物薄膜 / 表面科学 / 表面・界面物性 / 強相関エレクトロニクス / 強相関電子系 / 超薄膜 / 電気伝導 / 二次元電子 / 酸化物 / 表面・界面

【研究成果の概要】

遷移金属酸化物は、通常の半導体には見られない多彩な機能を示すことから、次世代エレクトロニクス材料として活発な研究が展開されている。近年、酸化物作製技術が急速に発展したことにより、原子レベルで急峻な界面を有する薄膜やヘテロ構造の作製が可能になり、新しい物性・機能が見出されている。このような酸化物薄膜やヘテロ構造が示す機能の探求・解明のためには、酸化物薄膜について、電子状態評価を原子レベル空間分解能で行うことが重要である。
そこで、我々は独自の走査トンネル顕微鏡-成膜装置複合システムを構築し、遷移金属酸化物薄膜表面・界面の原子構造と電子状態に関する研究を進めた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】36,530千円 (直接経費: 28,100千円、間接経費: 8,430千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】19104008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酸化物トランジスタ / 超伝導 / 抵抗変化メモリ / スピン軌道相互作用 / 強相関エレクトロニクス / 遷移金属酸化物 / 表面・界面物性 / 二次元電子系 / 半導体物性

【研究成果の概要】

本研究は酸化物デバイスの学理構築、および電界誘起物性の開拓を目指した。SrTiO3トランジスタを構築し、界面二次元電子系での絶縁体-超伝導転移を実現した。二元系遷移金属酸化物の抵抗スイッチング現象について、母体酸化物の還元で生じる伝導フィラメントの可視化に成功した。電界効果とスピン軌道相互作用をキーワードとして重い5d遷移金属酸化物に着目し、イリジウム酸化物の新奇スピン軌道誘起電子相を開拓した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2007 - 2011

【配分額】110,240千円 (直接経費: 84,800千円、間接経費: 25,440千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】17340105 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酸化物 / 電界効果 / トランジスター / 金属・絶縁体転移 / SrTiO_3 / 移動度 / 超伝導 / ナノワイヤー / 強相関エレクトロニクス / マイクロ・ナノデバイス / MBE、エピタキシャル / 先端機能デバイス / 超薄膜

【研究成果の概要】

平成18年度はアモルファスとエピタキシャルのCaHfO_3、DyScO_3をゲート絶縁層に用いたSrTiO_3電界効果トランジスタの作製に成功した。エピタキシャルのCaHfO_3、DyScO_3はSrTiO_3上にグレイン境界の生成なしに約2nmの厚さまで成長できた。この薄いエピタキシャル層とアモルファス絶縁体を組み合わせることで、10^<13>cm^<-2>オーダーにも達するシートキャリア密度をSrTiO_3基板の表面層に誘起できるトランジスタ動作を達成した。低温において急激な電界効果移動度の増加が確認されており、電界で誘起されたキャリアが化学ドーピングされたキャリアと同等に振る舞っている。SrTiO_3トランジスタにおいて金属・絶縁体転移が観測された。
金属伝導性LaTiO_3ナノワイヤーの成長について研究した。アニールしたSrTiO_3基板表面のステップエッジに沿って金属伝導性(La, Sr)TiO_3ナノワイヤーアレーを形成するステップフロー成長手法を開発した。LaTiO_3ナノワイヤー成長の前にアニールしたSrTiO_3基板表面をSrO薄膜でバッファーする技術を開発した。本ステップはSrTiO_3の表面伝導を低減しナノワイヤー間を絶縁するために欠かせない。こうして得られたナノワイヤーアレーは理想的な1次元伝導を示した。
スイス、ジュネーブ大学のトリスコン教授のグループとの共同研究でNbドープSrTiO_3薄膜の超伝導特性に関する研究をおこなった。超伝導を示すNb : SrTiO_3薄膜の作製に成功すると共に、静電的な電界効果によるキャリア密度変調により超伝導状態をon/offできることを示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】15,500千円 (直接経費: 15,500千円)