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

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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。