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バイタルセンシングを志向したニューロモルフィック電子強誘電体ゲートFETの開発

开发用于生命传感的神经形态电子铁电栅极 FET

基本信息

批准号：
22KJ2626
负责人：
嶋本健人
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Osaka Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

超高感度THz電磁波検出器の開発を目的とした電子強誘電体型ゲートFETの作製に向けて、本年度はパルスレーザー堆積法を用いた電子強誘電体YbFe2O4薄膜の作製に主に取り組んだ。本物質は成長過程におけるFe の再蒸発のため単結晶において最大20%、薄膜においては最大 70％もの鉄欠損が生じるなどの問題が顕在化している。この問題の解決には、Fe 活性種の供給を増加することが必要だが、レーザーエネルギーを増加させると、O活性種の供給が大幅に増大し、YbFe2O4の形成に必要な Fe2+の形成を阻害してしまう。そこで、より精密なO活性種の制御のため、発光分光分析を用いて原料セラミックターゲットからアブレーションされたプラズマプルーム内の原子状活性種量を、in-situ 測定することで評価した。レーザー照射面積の増大に伴い、基板に供給されるFe/Yb活性種強度比がYb過剰に変化することが明らかとなった。基板表面にFe活性種を多く供給するため、レーザー光をよく絞り、照射面積が小さい条件で製膜を行った結果、YbFe2O4 薄膜の単相成長に成功した。EPMA測定による試料組成評価の結果、プラズマプルームに含まれるFe/Yb活性種強度比の増大に伴い薄膜中のFe/Yb組成が増大することが示唆された。しかし、レーザー光をよく絞った条件下では、Fe/Yb組成のばらつきが大きくなった。そこで、活性種分布を測定したところ、プラズマプルームの中央部には、原子量で比較すると Fe 原子の約 3 倍もの重量をもつ Yb 原子が多く分布していることが明らかとなった。各蒸発種はアブレーション時に原子・分子レベルにまで分解しており、カチオンごとに飛散角度分布が異なる。したがって、重量の小さいFe原子が基板表面に到達することが困難になっていることが、本薄膜作成過程におけるFe欠損の原因であることが示唆された。

The purpose of the development of ultra-high sensitivity THz electromagnetic wave detectors is to prepare electron ferroelectric FET. This year, the electron ferroelectric YbFe2O4 thin film is prepared by using the electron ferroelectric deposition method. The problem of Fe re-evaporation during the growth process of this substance is that the maximum crystallization rate is 20%, and the maximum iron loss rate is 70%. To solve this problem, it is necessary to increase the supply of Fe active species, to increase the production of Fe, to increase the supply of O active species, to prevent the formation of Fe2 +, to prevent the formation of YbFe2O4. Determination of atomic active species in raw materials by means of fluorescence spectrometry The irradiation area increases, the Fe/Yb active species intensity ratio increases, and the Fe/Yb active species intensity decreases. As a result, the single phase growth of YbFe2O4 thin films was successfully achieved under the conditions of multiple supply of Fe active species on the substrate surface and small irradiation area. The results of the evaluation of the sample composition by EPMA showed that the Fe/Yb active species intensity ratio in the film increased, and the Fe/Yb composition in the film increased. Under the condition of The distribution of active species was determined by atomic weight comparison. The weight of Fe atoms was about 3 times that of Yb atoms. The atomic and molecular scattering angle distributions vary from one species to another. It is difficult for Fe atoms to reach the surface of the substrate due to the small weight of Fe atoms.