原子スイッチによる極限半導体デバイスの実現

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金属酸化物を基材とした原子スイッチは、導電性の酸素空孔の集合/離散によりオン/オフ動作することから、放射線照射で生成する電荷の影響を受けにくく、高温・高放射線（極限環境）で動作するデバイス（極限半導体デバイス）として期待されている。本研究では、極限環境下で動作可能な原子スイッチの実現を目指し、高温（≧500℃）+放射線（ガンマ線）（≧10MGy、メガグレイ）という極限環境での電気特性の劣化挙動の把握および劣化メカニズム解明を目指す。今年度は、金属酸化物に酸化チタン(TiO2)を用いた原子スイッチに数百℃（～500℃）で高線量のガンマ線（≧10MGy）を照射し、電気特性の劣化挙動を把握する照射容器の製作を行った。さらに照射で原子スイッチに生成した結晶欠陥の情報を得るため、可視～赤外光まで約0.05eV刻みの波長で発光ダイオード(LED)を照射しつつ、フェムトアンペア(fA)オーダの微小電流を測定できる系を整備した。実際にモデル素子である炭化ケイ素(SiC)トランジスタに光照射しながら電気測定を行い、照射で生成した欠陥が把握できることを実証した。一方、原子スイッチの作製に関しては、導電性コーティングが施されたガラス基板上に前駆体溶液をスピンコーティングし、500℃1時間の焼成でTiO2薄膜ができることを確認した。またコーターの回転数とTiO2薄膜の品質との関連性を調べた。並行して、TiO2薄膜上面に形成する銀(Ag)電極の形成条件を調べた。以上から、原子スイッチの作製、ガンマ線照射、素子特性の把握が可能になり、研究を遂行できる環境が整った。