Development and systematization of highly-oriented layered chalcogenide piezoelectric thin films for batter-less IoT sensors

用于无电池物联网传感器的高度取向层状硫族化物压电薄膜的开发和系统化

基本信息

批准号：
22KJ0244
负责人：
王吟麗
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tohoku 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 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0244/
关键词：
層状カルコゲナイド薄膜圧抵抗効果圧電効果 IoTデバイス

项目摘要

本研究の概要は，近未来“Society 5.0”のIoTデバイス，ロボット用小型センサ，高性能発電装置，ウイルスセンサなどに応用可能なピエゾ薄膜を開発し，各物性およびデバイス性能を解明するものである．スパッタリング成膜を用いて高性能な層状カルコゲナイド系薄膜を創成し，その圧電システム化により電池レスIoTセンサの実現を行う研究である．本年度は，主に以下の実験を行った．①高配向性を持つCr2Ge2Te6薄膜の作製：現在，一般的なスパッタリング成膜法を用いて，アモルファス状態のカルコゲナイドを結晶化させる事で高結晶配向な層状カルコゲナイドを数十nm～数百nm 厚さまで様々なサイズの試料を正確かつ極めて再現性高く作製することができた．これにより，スパッタリング法で温度・厚さ・積層数などを変化させてCr2Ge2Te6 膜を作製し，特性を評価できる．②ピエゾ抵抗効果の評価：ウェアラブルセンサに向けるため，フレキシブルな基板でCr2Ge2Te6薄膜を製膜して、ピエゾ抵抗の性能を評価した．また，薄膜の力学特性は基板と非常に異なることを考慮して，実験結果に有限要素解析的検討を加えている．その結果，Cr2Ge2Te6薄膜が非常に優れたピエゾ抵抗効果を持つことを明らかにした．③メカニズムの解明：今回，現有の半導体薄膜材料と比べて，Cr2Ge2Te6薄膜は数十倍よりも優秀なピエゾ抵抗を現れた．材料内部の変化を明らかするために，ホール測定・ゼーベック測定・XRD・ラマン分光法などを通して，Cr2Ge2Te6薄膜中に優れたピエゾ抵抗効果を発生するメカニズムを解明している．今後，この結果を基づいて，層状カルコゲナイドの設計と改善を行う．上述した高結晶配向性カルコゲナイド層状薄膜の開発思想と層状カルコゲナイドのデバイス設計について，得られた結果を取りまとめ学会発表を行った．

这项研究的概述是开发可以应用于近距离“社会5.0”的物联网设备，小型机器人传感器，高性能发电设备，病毒传感器等，并阐明物理性能和设备性能。这项研究是一项研究项目，该项目使用溅射来创建高性能分层的基于清质的薄膜，并通过压电系统实现无电池的物联网传感器。今年，我们主要进行了以下实验：1。制备高度定向的CR2GE2TE6薄膜：通过使用常规的溅射膜沉积方法来结晶无形的辣椒剂，可以准确地产生高度晶体定向的分层辣椒剂。这使得CR2GE2TE6膜可以通过温度，厚度，层数等变化而产生，并且可以通过溅射进行评估。 ②对压电效应的评估：为了将其引导到可穿戴传感器，在柔性基板上形成了CR2GE2TE6薄膜，以评估压电性能。此外，考虑到薄膜的机械性能与底物的机械性能大不相同，我们在实验结果中添加了有限元分析研究。结果，发现CR2GE2TE6薄膜具有极好的压电效果。 3）机理阐明：与现有的半导体薄膜材料相比，CR2GE2TE6薄膜表现出了压电，数十倍。为了阐明材料的变化，我们阐明了通过Hall测量，Seebeck测量，XRD，Raman Spectroscopicy等在CR2GE2TE6薄膜中产生出色的压电效应的机制。将来，我们将根据这些结果设计和改善分层的葡萄构化。结果是在日本日本学会的上述高度晶体导向的奶酪层层层薄膜和分层沙色化合物装置设计的日本学会开发学会和介绍的。