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研究グループ

グループ概要


酸化物エレクトロニクスグループ

研究目標
金属酸化物および類縁イオン性材料は、結晶形と組成の選択により半導体性、金属性、誘電性、超伝導など多彩な機能を示します。酸化物エレクトロニクスグループでは、これら機能性材料に関して、革新的新機能デバイスの創出の契機となるような材料開発、物性発現機構の解明、物性制御手法の確立に取り組んでいます。特に、既存技術の限界を超える省エネルギー・高機能デバイスの実現を目指した「酸化物半導体材料およびイオン性半導体材料の探索および薄膜デバイス化に資する要素技術の開発」に関する研究課題を重点的に推進しています。

グループHP

重点研究
1) 酸化物半導体および類縁イオン性材料の開発およびデバイス化
2) 強誘電体ナノ粒子材料を用いた積層セラミックコンデンサ基盤技術の構築
3) 鉛フリー圧電セラミックスの開発およびデバイス化
4) 量子コンピューターの具現化に向けた基盤開発：分数量子デバイス

図1 ナノ粒子酸化物を用いた電界発光。高温での熱処理が不要になることからプロセスの短縮、製造コストの低下、大面積化に有利。


図2 高出力レーザーを用いた低温成長法によるｐ型酸化物半導体薄膜。不純物散乱に支配されるキャリア密度／移動度の精密制御を達成。



図3 応力発光特性および圧電特性を融合させたMulti-Piezo材料の開発。発光センサの実用化へ向けた耐久性の向上が課題。




図4 分数磁束量子の生成の成功。「二成分超伝導特有の現象としての分数量子渦像」の直接観測に世界で初めて成功。電気抵抗ゼロ、マイスナー効果、磁束の量子化は、超伝導の基礎科学から応用までを支配する３大条件であるが、分数量子渦は、その基本原理から逸脱。量子限界を越えた量子メモリーなどへの道が開けると期待。作製したジョセフソン結合型多成分超伝導での分数磁束量子の発生機構は２００１年に産総研が理論発見したものであり、１８年かけて実験検証に成功。（図　左上：デバイスの概念図。右　量子分割素子。左下　分数量子渦の磁束像。比較のために量子渦像も示す。）

保有技術
温度可変誘電特性測定プローバー、赤外線集光高温加熱、酸化物固相反応合成、PVDプロセスによる酸化物製膜、薄膜X線回折構造解析、量子分割デバイスの設計・作製・シミュレーション技術
主要特許・論文
  • 特許5093694, US 8193704, 特許5182857「酸化物ぺロブスカイト薄膜ＥＬ素子」
  • JP5213135「圧電セラミックス及びこれを用いた圧電・誘電・焦電素子」
  • US8354038「PIEZOELECTRIC CERAMIC, AND PIEZOELECTRIC, DIELECTRIC OR PYROELECTRIC ELEMENT USING THE SAME」
  • 特許6388804「広帯域化高感度ＡＥセンサ」
  • 特願2019-217659「超伝導位相シフター」（PCT出願、2020/11/26）
  • 特開2016-16490「バンド間位相差ソリトンの発生方法」
  • US 8902018「Method for controlling inter-component phase difference soliton and inter-component phase difference soliton circuit device」
  • US 7400282「Quantum Turing machine」
  • 特許6562321,「酸化物半導体」
  • 特許6933400，I649264（台湾）「酸化物半導体及び半導体装置」
  • 特許7037197, US 11239322, I675005（台湾）「酸化物半導体及び半導体装置」
  • M. Minohara, N. Kikuchi, K. Tsukuda, Y. Dobashi, A. Samizo, K. Nishio, X. He, T. Katase, T. Kamiya, and Y. Aiura, “Effect of intentional chemical doping on crystallographic and electric properties of the pyrochlore Bi2Sn2O7”, Materials & Design 216, 110549 (2022).
  • H. Ishizu, H. Yamamori, S. Arisawa, K. Tokiwa, Y. Tanaka, “Phase shifter based on an ultrathin superconducting bilayer with a through-hole for a superconducting device”, Physica C 595, 1354029 (2022).
  • K. Ozawa, Y. Aiura, D. Wakabayasi, H. Tanaka, T. Kikuchi, A. Toyoshima, and K. Mase, “Beamline commissioning for microscopic measurements with ultraviolet and soft X-ray beam at the upgraded beamline BL-13B of the Photon Factory”, Journal of Synchrotron Radiation 29, 400-408 (2022).
  • M. Minohara, I. Hase, and Y. Aiura, “Characteristic Electronic Structure of SnO Film Showing High Hole Mobility”, J. Phys. Chem. Lett. 13, 1165-1171 (2022).
  • M. Itoh, Y. Hamasaki, H. Takashima, R. Yokoi, A. Taguchi, and H. Moriwake, “Chemical design of a new displacive-type ferroelectric”, Dalton Transactions 51, 2610 (2022).
  • M. Minohara, S. Asanuma, H. Asai, Y. Dobashi, A. Samizo, Y. Tezuka, K. Ozawa, K. Mase, I. Hase, N. Kikuchi, and Y. Aiura, “Elaboration of near-valence band defect states leading deterioration of ambipolar operation in SnO thin-film transistors”, Nano Select 3, 1012-1020. (2021).
  • Y. Tanaka, H. Yamamori, S. Arisawa, “Effective method of forming and detecting a fractional magnetic flux quantum”, Physica C: Superconductivity and its Applications 589, 1353932 (2021).
  • A. Samizo, M. Minohara, N. Kikuchi, K. K. Bando, Y. Aiura, K. Mibu, and K. Nishio, “Site-Selective Oxygen Vacancy Formation Derived from the Characteristic Crystal Structures of Sn-Nb Complex Oxides”, J. Phys. Chem. C 125, 17117-17124 (2021).
  • M. Minohara, Y. Dobashi, N. Kikuchi, A. Samizo, K. Tsukuda, K. Nishio, K. Mibu, H. Kumigashira, I. Hase, Y. Yoshida, and Y. Aiura, "Bipolar Semiconducting Properties in α-SnWO4 based on the Characteristic Defect Structure", Inorg. Chem. 60 (11), 8035-8041 (2021).
  • N.Oshime, K.Ueda, and H.Takashima, "Host Lattice-Excitation-Enhanced Photoluminescence in Eu3+-Doped LalnO3 Epitaxial Films", Cryst. Growth Des. 22, 2663(2021).
  • Y. Aiura, K. Ozawa, K. Mase, M. Minohara, and S. Suzuki, "Development of a high-precision XYZ translator and estimation of beam profile of the vacuum ultraviolet and soft X-ray undulator beamline BL-13B at the Photon Factory", J. Synchrotron Rad. 27, 923-933 (2020).
  • M. Minohara, A. Samizo, N. Kikuchi, K. K. Bando, Y. Yoshida, and Y. Aiura, "Tailoring the Hole Mobility in SnO Films by Modulating the Growth Thermodynamics and Kinetics", J. Phys. Chem. C 124, 1755-1760 (2019).
  • M. Minohara, N. Kikuchi, Y. Yoshida, Y. Aiura et al., "Improvement of the hole mobility of SnO epitaxial films grown by pulsed laser deposition", J. Mater. Chem. C 7, 6332-6336 (2019).
  • A. Samizo, N. Kikuchi, Y. Aiura et al., "Carrier Generation in p‑Type Wide-Gap Oxide: SnNb2O6 Foordite", Chem. Mater. 30, 8221-8225 (2018).
  • K. Shibata, R. Wang, T. Tou, J. Koruza, "Applications of lead-free piezoelectric materials", MRS Bull. 43, 612-616 (2018).
  • Y. Tanaka, H. Yamamori, T. Yanagisawa, T. Nishio, S. Arisawa, "Abnormal Meissner state in a superconducting bilayer", Physica C551, 41-47 (2018).
  • Y. Tanaka, H. Yamamori, T. Yanagisawa, T. Nishio, S. Arisawa, "An unconventional vortex state in a superconducting bilayer where one layer has a hole", Solid State Commun. 277, 39-44 (2018).
  • Y. Tanaka, H. Yamamori, T. Yanagisawa, T. Nishio, S. Arisawa, "Experimental formation of a fractional vortex in a superconducting bi-layer", Physica C 548, 44-49 (2018).
  • N. Kikuchi, A. Samizo, Y. Aiura et al., "Carrier generation in a p-type oxide semiconductor: Sn2(Nb2-xTax)O7", Phys. Rev. Maters. 1, 021601(R) (2017).
  • Y. Aiura, I. Hase, H. Kawanaka, N. Kikuchi et al., "Disappearance of Localized Valence Band Maximum of Ternary Tin Oxide with Pyrochlore Structure, Sn2Nb2O7", J. Phys. Chem. C 121, 9480 (2017).
  • H. Takashima, Y. Inaguma, “Near-infrared luminescence in perovskite BaSnO3 epitaxial films”, Appl. Phys. Lett. 111, 091903 (2017).