高精度ナノ-マイクロVO2立体構造支配によるマルチガスセンサ性能の創出

通过控制高精度纳微米VO2三维结构打造多气体传感器性能

基本信息

批准号：
22K14567
负责人：
大坂藍
金额：
$ 3万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

独自の加工技術を駆使し、二酸化バナジウム(VO2)試料内の内包歪み量を制御することで、マルチセンサ機能創出に与する物性(任意制御された金属絶縁体相転移温度（T_MIT：～10 K幅))の創出を達成した。強相関電子系酸化物であるVO2は温度等の僅かな外部刺激によって金属絶縁体相転移を示し、電気抵抗が~10000倍変化する性質を持つ。こうした性質は物質内にナノ~マイクロメートルサイズで存在する電子相を反応単位としており、電子相毎の物性は内包される歪み量によって規定される。本研究では、VO2試料の内包歪みを下地基板材料の表面状態、およびVO2試料立体構造制御によって制御することによるVO2の転位温度変調を目的としており、本年度は主にSi基板の表面粗さ制御、及びVO2マイクロ立体構造の作り分けに取り組んだ。独自の精密加工技術(化学研磨技術、プラズマCVM(Chemical Vapor Machining)を駆使することで任意領域の表面RMS(root mean square)粗さを0.1 ~23 nmに制御したSi基板の作製に成功した。その上に作製したVO2薄膜ではT_MITが~5 K異なる相転移特性が観察された。また、リソグラフィー技術を駆使して市販TiO2基板上に作製したVO2マイクロ構造試料(試料厚さ：15 nm, 試料長さ：2~10 μm、試料幅：2~10 μm)ではT_MITが~10 K異なる転位特性が観察された。次年度以降、上記成果を組み合わせることで、転移温度幅が300-360 Kと任意の分布を持つVO2ナノ-マイクロ集積構造を実証し、VO2の高感度マルチガスセンサとしての優位性を実証する。

通过使用我们自己独特的处理技术，我们已经实现了物理性能（任何受控金属绝缘体相变温度（T_MIT：〜10 K宽度）），这些温度适合创建多传感器函数。 VO2是一种强相关的基于电子的氧化物，由于温度较小的外部刺激，表现出金属绝缘子相变，并且具有将电阻更改约10,000倍的特性。这些特性包括材料中存在的纳米微米尺寸的电子相的反应单位，每个电子相的物理特性取决于其中包含的失真量。这项研究的目的是通过控制底层底物材料的表面状态和VO2样品的三维结构来控制VO2的脱位温度。今年，我们主要致力于控制Si底物的表面粗糙度和VO2 Micro-3D结构的创建。通过使用我们的原始精确加工技术（化学抛光技术，等离子CVM（化学蒸气加工），我们在0.1至23 nm的任意区域中成功制造了具有表面RMS（均方根）粗糙度的Si底物。VO2薄膜在膜上制造的VO2薄膜与T_MIT的imit thressigation themistiational the fimity 〜5 k不同，buit t _ mit的特征差异为fulteremore，fulthermore temation。微观结构的样品（样品厚度：15 nm，样品长度：2至10μm，样品宽度：2至10μM）在使用光刻技术的商业TiO2底物上制成的，与T_MIT不同的脱位特性与下一年相结合，从下一年中，过渡范围为300-360 NAN，VOROTIRES均可分发。 VO2作为高度敏感的多气体传感器。