利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.07.28】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22OS1001

利用課題名 / Title

機能性酸化物のナノ・マイクロ構造体作製と特性評価

利用した実施機関 / Support Institute

大阪大学

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed

キーワード / Keywords

走査プローブ顕微鏡/Scanning probe microscopy,X線回折/X-ray diffraction,リソグラフィ/Lithography,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,EB

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

服部　梓

所属名 / Affiliation

大阪大学

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

OS-106：LED描画システム
OS-119：自動制御型パルスレーザ蒸着ナノマテリアル合成装置
 OS-120：薄膜X線回折装置
 OS-125：走査型プローブ顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

機能性酸化物薄膜のナノスケール化は、電子相転移制御や量子効果等のナノ物性の興味に加え、低電力駆動、高集積化に直結する重要な課題である。そこで、我々は、酸化物トップダウン・ボトムアップナノテクノロジーを融合した技術的方法論を確立し、酸化物ナノ構造の作製、及び新奇ナノエレクトロニクスの開拓を行ってい、デバイス機能の開発を実施した。

実験 / Experimental

金属酸化物薄膜であるVO₂、ニッケル酸化物などをパルスレーザー堆積法などを用いて作成し、リソグラフィー技術を用いて、機能性金属酸化物薄膜からチャネル構造を作製し、極薄膜物性の評価に取り組んだ。

結果と考察 / Results and Discussion

NdNiO₃プロトントランジスタを作製し、抵抗変調特性のサイズ依存性解明に取り組んだところ、抵抗変調度は最大ゲート電圧(V_GMax)に依存し、|V_GMax|が1 V以上の正バイアス印加で抵抗上昇、負バイアス印加で抵抗が戻る可逆的な抵抗変調がみられた。V_G印加に伴う抵抗変調動作はイオン液体からNNOチャネルへのプロトンの出し入れによるもので、ゲート電圧の掃引によってプロトンドープと排斥が起こった。見出した抵抗変調動作のサイズ依存性解明のために、チャネルサイズW ＝ 5 μm, L = 20 μmからW ＝ 200 nm, L = 2.5 μmまで変化させた際の、NNOトランジスタの抵抗変調度を調べた。具体的には、閾値電圧のチャネルサイズ効果を定量的に評価するため、I_SDが正電圧印加により1/100に減少する電圧を、V₁₀₀として定義し、V₁₀₀のチャネルサイズ依存性を調べた。チャネル面積S (=W×L) が減少するにつれてV₁₀₀が減少した。これはチャネル面積が低下したことによる電界集中の効果で、チャネル表面の有効電界が大きくなり、プロトンのドーピング反応が促進された結果、抵抗変調効率が上昇したと考えられる。このサイズ制御による抵抗変調動作向上の指針は、NNOのみならずその他ReNiO₃強相関機能酸化物デバイスのさらなる発展に貢献する期待がもたれる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

Yuki Taniguchi, Comprehensive determination of proton diffusion in protonated NdNiO₃ thin film by a combination of electrochemical impedance spectroscopy and optical observation, Applied Physics Express, 16, 035501(2023).
DOI: 10.35848/1882-0786/acc004
Shingo Genchi, Step electrical switching in VO₂ on hexagonal boron nitride using confined individual metallic domains, Japanese Journal of Applied Physics, 62, SG1008(2023).
DOI: 10.35848/1347-4065/acb65b
Umar Sidik, Strain effect on proton-memristive NdNiO₃ thin film devices, Applied Physics Express, 16, 014001(2023).
DOI: 10.35848/1882-0786/acae53

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件