１.RFマグネトロンスパッタ法を用いたAZO薄膜堆積の抵抗率分布の改善に関する研究
近年、液晶パネルディスプレイやフラットパネルディスプレイの需要が高まっている中で、AZO(アルミドープ酸化亜鉛)薄膜は、現在液晶パネル等の透明導電膜として最も多く使用されているITO(スズドープ酸化インジウム)に代わる代替材料として注目されている。レアメタル材料であるインジウムよりも資源量が豊富であり、可視光領域において高透過率を有し、抵抗率が低い(~10-3Ωcm)ことから将来透明導電膜への応用が期待されている。しかし、RFマグネトロンスパッタ法導入による薄膜堆積において大面積利用を考えた際、抵抗率分布の不均一性が懸念される。本研究ではRFマグネトロンスパッタ法を用いてガラス基板上にAZO薄膜を堆積させる際、成膜法の変化や作製後のサンプルを処理することにより、改善を図ることを目的とする。下図に作製したサンプルの抵抗率分布の改善の結果を示す。
2.スマートウィンドウ（自動調光窓）の可視光透過率向上に関する研究
二酸化バナジウム(VO2)は, 68℃付近において急激な抵抗値の変化を示し, 絶縁体的な状態から金属的な状態へと転移(絶縁体-金属相転移, Insulator-Metal Transition: IMT)を示す化合物である. また, IMTによって赤外光領域の透過率も変化するため, 赤外光スイッチングにより自動的に赤外光透過率を調整するスマートウィンドウへの応用が期待されている. しかし, VO2をスマートウィンドウに応用した場合の可視光透過率が低いことが大きな課題として挙げられる. そこで, 本研究ではガラス上に良好な二酸化バナジウムを成長させるために導入している酸化亜鉛をナノロッド化し、バッファ層の結晶性を向上させることで二酸化バナジウム膜を薄くし、可視光透過率の向上を試みている。
3. 積層型VO2デバイスの電気的スイッチングとMHz帯自励発振現象
VO2薄膜は所定の電圧を印加することで抵抗値が連続変化する自励発振特性を有している。さらに、この特性を有するVO2素子2つをFig. 1のようにキャパシタを介して接続することで、発振周波数が同期し互いにON OFFを繰り返すような発振特性が得られる(Fig. 2)。この現象は協調発振と呼ばれ、グラフ彩色といった組合せ最適化問題への適用が期待されている。我々は、低電圧、低消費電力の協調発振特性を得るため導電層上にVO2薄膜を堆積させた積層型デバイスを用いて研究を行っている。
4. VO2薄膜の結晶性向上と再結晶化現象に関する研究
VO2はCTRサーミスタや光スイッチなどの小型化に適した材料であるが、小型化しても俊敏な動作を実現するには結晶性が非常に重要である。そこで我々は、反応性スパッタ法において基板バイアス印加法を用いることでAl2O3 (001)基板上VO2薄膜を再結晶化させることに成功し、結晶性向上を実現した。再結晶化したVO2薄膜の結晶粒は通常の結晶粒(数十nmサイズ程度)に比べて格段に大きい数十μmサイズの結晶粒が成長する。下図に再結晶化現象が生じたAl2O3 (001)基板上VO2薄膜のサンプルに対するSEM像を示す。今後、結晶性向上を伴う再結晶化現象のメカニズムを解明することでVO2薄膜の工業的応用の広がりに貢献することを目指す。