高い移動度をもつ二次元正孔伝導を酸化物で初めて実現 ～高機能酸化物エレクトロニクスの実現へ新たな道を開拓～

東京大学大学院工学系研究科のレ デゥック アイン (Le Duc Anh) 助教、金田真悟大学院生、田中雅明教授、大矢忍准教授のグループと、関宗俊准教授、田畑仁教授のグループ、および東京大学物性研究所の徳永将史准教授は、酸化物半導体の表面上に高い移動度を持つ二次元正孔伝導を実現することに初めて成功しました。研究グループは汎用性が高いチタン酸ストロンチウム(SrTiO₃)基板の表面上に、超高真空下で0.25 nm以下の極めて薄い鉄の薄膜を室温で蒸着し、それを大気にさらして酸化鉄(III)を形成しました。SrTiO₃と酸化鉄(III)はともに絶縁体ですが、これらの界面で、非常に高い移動度（10 Kにおいて約24,000 cm²/Vs）をもつ二次元正孔伝導（p型伝導）が起こることを明らかにしました。SrTiO₃と他の酸化物の界面では、高移動度の二次元電子伝導（n型伝導）が起こることが良く知られていますが、このような高い移動度をもった正孔伝導が観測されたのは今回が初めてです。また鉄の膜厚が0.25 nmよりわずかに厚いと、伝導の二次元性が保たれたままp型伝導がn型伝導に変わること、つまり伝導型を膜厚で制御できることも明らかにしました。本研究により、酸化物を用いて高い移動度をもつp型半導体とn型半導体からなるダイオードやトランジスタなどの高性能な電子デバイスを実現でき、それらにより構成される集積回路を、酸化物基板上に非常に安価に実現できるようになることが期待されます。

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Advanced Materials: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201906003