変幻自在な電極材料でダイオードの性能を向上
材料と光が拓く新しいデバイス技術

　兵庫県立大学大学院電子情報工学専攻の大坂藍助教(大阪大学産業科学研究所招へい研究員)、大阪大学産業科学研究所の服部梓招へい准教授、田中秀和教授、大阪大学大学院基礎工学研究科の永井正也准教授らの研究グループは、独自の加工?微細加工技術を駆使することで、二酸化バナジウム(VO₂ )が外場刺激に応じて構造を変化させる「生きた電極」として働くデバイスの作製に世界で初めて成功しました。また、この生きた電極を持つダイオードで、実際にテラヘルツ光の検出器として最大で1桁以上の機能向上を実証しました。

　私たちの生活を支えるスマートフォンやコンピュータ、通信機器などの電子デバイスは、ますます高速化し、省エネルギーで動作することが求められています。このため、電子回路の小型化が進み、より効率的な動作を可能にする新しい材料や設計手法の開発が欠かせません。しかし、従来のデバイス製造過程には、複雑な制御の必要性や重い環境負荷などの課題があります。また、現在使用されている材料には性能上の限界があり、それを超える新しい仕組みを取り入れる必要があります。

　こうした背景から、大坂助教らの研究グループは「絶縁体から金属へと性質が変化する特性」を持つユニークな材料「二酸化バナジウム（VO₂ ）」に注目しました。この材料は、温度や電場などの外部刺激に応じて性質が変化するため、電子デバイスに新しい機能を付加する可能性を秘めています。VO₂ の特性により、サブマイクロメートルサイズの金属/絶縁体構造を神経細胞のように張り巡らせることができ、デバイス内部にVO₂ を組み込むと「電場を局所的に増強する仕組み」を作り出し、高速で効率的な動作を可能にできると着想しました。そこで本研究では、サブマイクロサイズのVO₂ を電極としてシリコン(Si)基板に組み込み、電極構造を温度制御によって変化させる「生きた電極」によってダイオード機能が向上することを実証しました。微細加工技術、材料特性、光学技術を適切に融合したデバイス設計により、開発が期待されている次世代の電子デバイス機能の増強の可能性を示すことができました。

　本研究成果は、米国科学誌「ACS Applied Electronic Materials」に、1月25日（土曜日）23時（日本時間）に公開されました。

研究詳細

別添資料のとおり

論文情報

1. タイトル
   Si–VO₂ Hybrid Materials with Tunable Networks of Submicrometer Metallic VO₂ Domains Provide Enhanced Diode Functionality
2. 著者名
   Ai I. Osaka, Masaya Nagai, Shingo Genchi, Boyuan Yu, Rui Li, Hui Ren, Hiroki Momono, Goro Isoyama, Hidekazu Tanaka, and Azusa N. Hattori
3. 雑誌?号?doi
   雑誌名: ACS Applied Electronic Materials (公開日: 2025年1月25日)
   DOI: https://doi.org/10.1021/acsaelm.4c01914
   URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaelm.4c01914

問い合わせ先

兵庫県立大学大学院工学研究科　助教
大坂 藍（オオサカ アイ）
WEB ページ: https://researchmap.jp/ai_i_osaka
TEL：079-267-4882
E-Mail: osaka@eng.u-hyogo.ac.jp

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