Metal oxyhidride epitaxy and creation of fascinating electronic/dielectric properties

金属氧氢化物外延和创造令人着迷的电子/介电特性

• 批准号: 21H01629
• 负责人: 大澤 健男
• 金额: $ 10.73万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01629/
• 关键词: 酸水素化物; エピタキシャル薄膜; 薄膜; エピタキシャル成長; 電子物性

複数のアニオンを含む複合アニオン化合物が示す新奇物性（電子伝導、超伝導、圧電性、強誘電性、触媒作用など）に注目が集まっている。本研究課題では、ナノスケール厚の酸水素化物エピタキシャル薄膜を基軸とし、バルク体では避けることのできない粒界散乱のない単結晶薄膜を用いて、本質的な電気伝導性を明らかにする。具体的には、前周期元素を中心とする遷移金属酸水素化物の新奇な高移動度電子と誘電分極が協奏するユニークな電子素子開発へ波及させることを目的とする。昨年度においてアナターゼ型TiO2薄膜の水素化に取り組み、水素からの電子ドーピングによって、電子濃度が18乗から21乗(cm-3) で自在に制御し、それに基づいて絶縁体－金属転移を誘起することに成功した。本年度は、水素濃度との相関を明らかにすること、ならびにATiO3(A: アルカリ土類金属)の3元系に展開した。水素分析は軽元素分析に有利な昇温脱離分析で行った。導電性サンプルから水素が検出され、電子濃度が増加すると水素ピークが顕著に大きくなった。その濃度を算出すると20乗(cm-3)となり、電子濃度をほぼ一致した。この結果から、キャリアは水素由来であることがわかった。二次イオン質量分析も行っており、解析を進めている。次に、3元系への適用を狙い、BaTiO3-xHxおよび(Ba,Sr)TiO3-xHxの作製に着手した。基板温度やBa, Srの蒸着源の温度を最適化した。BaTiO3-xHxについては、基板選択によって、格子歪みと格子緩和したBaTiO3薄膜を得た。これらの試料に対して水素化を行うと、格子緩和した薄膜で低抵抗化した。(Ba,Sr)TiO3-xHxについては、BaとSrのフラックス比を系統的に変化させることによって、格子定数が線形変化し混晶化を確認した。これらの試料に対して、電子輸送および誘電特性の評価を進めている。

含有多种阴离子的复合阴离子化合物所表现出的新物理性质（电子导电性、超导性、压电性、铁电性、催化性等）引起了人们的关注。在这个研究项目中，我们将利用纳米级厚的氢氧化物外延薄膜来阐明基本的导电性，这种薄膜是一种单晶薄膜，不存在块体材料中不可避免的晶界散射。具体来说，其目的是对独特电子器件的开发产生连锁反应，其中过渡金属氢氧化物（主要是早期循环元素）的新型高迁移率电子和介电极化共同作用。去年，我们对锐钛矿型TiO2薄膜进行了氢化，通过掺杂氢电子，我们可以自由控制电子浓度从18次方到21次方（cm-3），并诱导基于绝缘体-金属的转变。这成功了。今年，我们的重点是阐明与氢浓度的相关性并开发ATiO3（A：碱土金属）三元体系。氢分析采用程序升温解吸分析进行，这有利于轻元素分析。在导电样品中检测到氢，并且随着电子浓度的增加，氢峰明显变大。浓度计算到20次方（cm-3），几乎与电子浓度匹配。该结果表明载体源自氢。二次离子质谱分析也在进行中，分析正在进行中。接下来，我们开始生产BaTiO3-xHx和(Ba,Sr)TiO3-xHx，目的是将其应用于三元体系。对衬底温度以及Ba和Sr沉积源的温度进行了优化。对于BaTiO3-xHx，我们通过选择衬底获得了具有晶格畸变和晶格弛豫的BaTiO3薄膜。这些样品的氢化产生具有松弛晶格和较低电阻的薄膜。对于(Ba,Sr)TiO3-xHx，通过系统地改变Ba和Sr的通量比，晶格常数线性变化并证实了混合晶体的形成。我们目前正在评估这些样品的电子传输和介电性能。

项目成果

Local Magnetism in the Spin-singlet State of VO2

VO2 自旋单线态的局域磁性

• 发表时间: 2022
• 作者: Hirotaka OKABE; Masatoshi HIRAISHI; Akihiro KODA; MATSUSHITA; Yoshitaka; OHSAWA; Takeo; OHASHI; Naoki; Ryosuke KADONO
• 通讯作者: Ryosuke KADONO

単結晶(Al,Sc)N薄膜の合成と強誘電体特性評価

单晶(Al,Sc)N薄膜的合成及铁电性能评价

• 发表时间: 2021
• 作者: 長谷川 浩太;清水 荘雄;大澤 健男;坂口 勲;大橋 直樹
• 通讯作者: 大橋 直樹

Nb:SrTiO3基板上のエピタキシャル(Al,Sc)N薄膜における強誘電体特性

Nb:SrTiO3 衬底上外延 (Al,Sc)N 薄膜的铁电性能

• 发表时间: 2022
• 作者: 長谷川 浩太; 清水 荘雄; 陳 君; 大澤 健男; 坂口 勲; 大橋 直樹
• 通讯作者: 大橋 直樹

Investigation of Temperature-Dependent Hard X-ray Photoemission Spectra on Au/Nb:SrTiO3 Schottky Junctions

Au/Nb:SrTiO3 肖特基结温度依赖性硬 X 射线光电发射光谱的研究

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c04022
• 发表时间: 2021-07-05
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry C
• 作者: T. Ohsawa;Taisei Murakami;Takumi Hosaka;S. Ueda;T. Ishigaki;N. Ohashi
• 通讯作者: N. Ohashi

Investigation of Temperature-Dependent Hard X-ray Photoemission Spectra on Au/Nb:SrTiO3 Schottky Junctions

Au/Nb:SrTiO3 肖特基结温度依赖性硬 X 射线光电发射光谱的研究

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c04022
• 发表时间: 2021
• 作者: Ohsawa Takeo;Murakami Taisei;Hosaka Takumi;Ueda Shigenori;Ishigaki Takamasa;Ohashi Naoki
• 通讯作者: Ohashi Naoki