JP2003002791A - 転移温度が制御された部材 - Google Patents
転移温度が制御された部材Info
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- JP2003002791A JP2003002791A JP2001182190A JP2001182190A JP2003002791A JP 2003002791 A JP2003002791 A JP 2003002791A JP 2001182190 A JP2001182190 A JP 2001182190A JP 2001182190 A JP2001182190 A JP 2001182190A JP 2003002791 A JP2003002791 A JP 2003002791A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 転移温度を例えば室温付近まで降下せしめた
バナジウム酸化物を提供する。 【解決手段】 ＴiＯ2基板上の（００１）面上にルチル
型ＶＯ2を形成した場合には、ＶＯ2はａ軸長の相違から
水平方向に引張され、このときＣ軸は垂直方向を向いて
いるため、Ｃ軸長は圧縮される。一方、ＴiＯ2基板上の
（１１０）面上にＶＯ2を形成した場合には、Ｃ軸長は
伸張される。そして、Ｃ軸長が圧縮されたＶＯ2薄膜の
転移温度は室温程度まで低下する。
バナジウム酸化物を提供する。 【解決手段】 ＴiＯ2基板上の（００１）面上にルチル
型ＶＯ2を形成した場合には、ＶＯ2はａ軸長の相違から
水平方向に引張され、このときＣ軸は垂直方向を向いて
いるため、Ｃ軸長は圧縮される。一方、ＴiＯ2基板上の
（１１０）面上にＶＯ2を形成した場合には、Ｃ軸長は
伸張される。そして、Ｃ軸長が圧縮されたＶＯ2薄膜の
転移温度は室温程度まで低下する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的特性や光学
的特性が変化する転移温度を有するバナジウム酸化物の
薄膜を形成した部材に関する。
的特性が変化する転移温度を有するバナジウム酸化物の
薄膜を形成した部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５はバナジウム酸化物（ＶＯ2）の温
度と電気抵抗との関係を示すグラフであり、従来からバ
ナジウム酸化物（ＶＯ2）は６５℃（３３８Ｋ）付近に
金属―絶縁体転移温度を有し、この転移温度より高い温
度では導電性となり低い温度では絶縁性となることが知
られている。また、図６はバナジウム酸化物（ＶＯ2）
の温度と可視光透過率との関係を示すグラフであり、同
じく６５℃付近にサーモクロミズム転移温度を有し、こ
の温度より高温では可視光透過率が低下して着色し、こ
の温度より低温では透明に近くなることも知られてい
る。
度と電気抵抗との関係を示すグラフであり、従来からバ
ナジウム酸化物（ＶＯ2）は６５℃（３３８Ｋ）付近に
金属―絶縁体転移温度を有し、この転移温度より高い温
度では導電性となり低い温度では絶縁性となることが知
られている。また、図６はバナジウム酸化物（ＶＯ2）
の温度と可視光透過率との関係を示すグラフであり、同
じく６５℃付近にサーモクロミズム転移温度を有し、こ
の温度より高温では可視光透過率が低下して着色し、こ
の温度より低温では透明に近くなることも知られてい
る。
【０００３】上述した転移温度を室温付近まで低下せし
めるか、転移温度をコントロールすることができればエ
レクトロニクスデバイスとしての用途が広がるのは容易
に想像できる。
めるか、転移温度をコントロールすることができればエ
レクトロニクスデバイスとしての用途が広がるのは容易
に想像できる。
【０００４】そこで、従来からバナジウム酸化物（ＶＯ
2）の転移温度についての研究がなされている。L.A.Lad
d et al., Solid State Commun.,vol7 425-428
（1969）には、バルクのバナジウム酸化物（ＶＯ2）に
静水圧を加えることで１ｋbar当たり０.０６Ｋ転移温度
が上昇すること、またＣ軸に対して加圧した場合には１
ｋbar当たり１.２Ｋ転移温度が降下することが記載され
ている。このように、バルク体を静水圧で加圧する方法
では極めて少ししか転移温度を変化させることができな
い。
2）の転移温度についての研究がなされている。L.A.Lad
d et al., Solid State Commun.,vol7 425-428
（1969）には、バルクのバナジウム酸化物（ＶＯ2）に
静水圧を加えることで１ｋbar当たり０.０６Ｋ転移温度
が上昇すること、またＣ軸に対して加圧した場合には１
ｋbar当たり１.２Ｋ転移温度が降下することが記載され
ている。このように、バルク体を静水圧で加圧する方法
では極めて少ししか転移温度を変化させることができな
い。
【０００５】Japanese Journal of Applied Physic
s vol．8，No.8, August 1969の1008−1013には、バ
ルクのバナジウム酸化物（ＶＯ2）にFe、Co、Ni、Mo、N
b、Wをドープすることで、Ｃ軸長が短くなるとととも
に、金属−絶縁体転移温度が低下することが記載されて
いる。しかしながら、Fe等をドープしても劇的に転移温
度が低下することはなく、且つバルク体の場合にはエレ
クトロニクスデバイスとしての利用範囲が限られてしま
う。
s vol．8，No.8, August 1969の1008−1013には、バ
ルクのバナジウム酸化物（ＶＯ2）にFe、Co、Ni、Mo、N
b、Wをドープすることで、Ｃ軸長が短くなるとととも
に、金属−絶縁体転移温度が低下することが記載されて
いる。しかしながら、Fe等をドープしても劇的に転移温
度が低下することはなく、且つバルク体の場合にはエレ
クトロニクスデバイスとしての利用範囲が限られてしま
う。
【０００６】physica status solidi（ａ）34,K83（1
976）には、CaF2、Al2O3、ガラス、シリカ等の各種基板
にＶＯ2薄膜を形成した場合の転移温度として、６６℃
〜７５℃が挙げられている。しかしながら、転移温度と
して６６℃〜７５℃は通常の値であり、これよりも十分
に低い転移温度がエレクトロニクスデバイスとしては要
求される。
976）には、CaF2、Al2O3、ガラス、シリカ等の各種基板
にＶＯ2薄膜を形成した場合の転移温度として、６６℃
〜７５℃が挙げられている。しかしながら、転移温度と
して６６℃〜７５℃は通常の値であり、これよりも十分
に低い転移温度がエレクトロニクスデバイスとしては要
求される。
【０００７】J.Vac.Sci.Technol.A6(3),May/Jun1988に
は、サファイア（Al2O3）基板にＡｒスパッタ法にてＶ
Ｏ2薄膜を形成した場合に、転移温度が３８℃まで低下
したことが記載されている。しかしながら、スイッチン
グ素子などとして好ましい特性は、転移温度が低いだけ
でなく、転移温度における導電性の変化量の大きさも重
要である。上記した先行技術のＶＯ2薄膜は導電性の変
化量が十分ではない。
は、サファイア（Al2O3）基板にＡｒスパッタ法にてＶ
Ｏ2薄膜を形成した場合に、転移温度が３８℃まで低下
したことが記載されている。しかしながら、スイッチン
グ素子などとして好ましい特性は、転移温度が低いだけ
でなく、転移温度における導電性の変化量の大きさも重
要である。上記した先行技術のＶＯ2薄膜は導電性の変
化量が十分ではない。
【０００８】Thin Solid Filmｓ,24（1974）307-310
には、ＴiＯ2基板の（００１）面上にＡｒスパッタ法に
てＶＯ2薄膜（１３０Åと７００Å）を形成した例が開
示されている。しかしながら、この先行技術にあって
は、転移温度はバルク体の転移温度から僅か９℃（５８
℃）しか低下していない。
には、ＴiＯ2基板の（００１）面上にＡｒスパッタ法に
てＶＯ2薄膜（１３０Åと７００Å）を形成した例が開
示されている。しかしながら、この先行技術にあって
は、転移温度はバルク体の転移温度から僅か９℃（５８
℃）しか低下していない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
からバナジウム酸化物（ＶＯ2）は金属−絶縁体転移温
度を有しているが、当該転移温度が高い。エレクトロニ
クスデバイスとしては転移温度が低く且つ転移温度にお
ける導電性（または可視光透過率）の変化量の大きいも
のが要求されるが、未だ得られていない。本発明は、斯
かる要求に応えるためになしたものであり、転移温度が
低く変化量が大きなバナジウム酸化物薄膜を提供するこ
とを目的とする。
からバナジウム酸化物（ＶＯ2）は金属−絶縁体転移温
度を有しているが、当該転移温度が高い。エレクトロニ
クスデバイスとしては転移温度が低く且つ転移温度にお
ける導電性（または可視光透過率）の変化量の大きいも
のが要求されるが、未だ得られていない。本発明は、斯
かる要求に応えるためになしたものであり、転移温度が
低く変化量が大きなバナジウム酸化物薄膜を提供するこ
とを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、転移温度
に影響を与えるバナジウム酸化物のＣ軸長の変化は、格
子間隔が近似した基板の上にバナジウム酸化物薄膜を成
膜することで達成できることを知見し、この知見に基づ
いて本発明をなしたものである。
に影響を与えるバナジウム酸化物のＣ軸長の変化は、格
子間隔が近似した基板の上にバナジウム酸化物薄膜を成
膜することで達成できることを知見し、この知見に基づ
いて本発明をなしたものである。
【００１１】即ち、本発明に係る転移温度が制御された
部材は、ルチル型酸化チタン（ＴiＯ2）からなる基板の
表面に直接又は適当なバッファ層を形成した上に、ルチ
ル型バナジウム酸化物（ＶＯ2）薄膜をＣ軸長が変化せ
しめられるように形成した。その結果、金属―絶縁体の
転移温度が室温付近（３００Ｋ付近）まで低下する。
部材は、ルチル型酸化チタン（ＴiＯ2）からなる基板の
表面に直接又は適当なバッファ層を形成した上に、ルチ
ル型バナジウム酸化物（ＶＯ2）薄膜をＣ軸長が変化せ
しめられるように形成した。その結果、金属―絶縁体の
転移温度が室温付近（３００Ｋ付近）まで低下する。
【００１２】ルチル型バナジウム酸化物（ＶＯ2）のＣ
軸長を変化せしめるには、ルチル型酸化チタン基板の
（００１）面上にＣ軸が垂直になるようにルチル型バナ
ジウム酸化物（ＶＯ2）を成膜する。
軸長を変化せしめるには、ルチル型酸化チタン基板の
（００１）面上にＣ軸が垂直になるようにルチル型バナ
ジウム酸化物（ＶＯ2）を成膜する。
【００１３】また、ＴiＯ2基板上にルチル型ＶＯ2薄膜
を形成する手段としては、レーザアブレーション法を用
いる。レーザアブレーション法はエキシマレーザをター
ゲットに照射することで、ターゲットの表面を原子・分
子・粒子等に分離してそれらを基板表面に堆積（エピタ
キシャル成長）せしめる。このレーザアブレーション法
によれば明確なルチル型結晶構造のバナジウム酸化物
（ＶＯ2）薄膜を得ることができる。
を形成する手段としては、レーザアブレーション法を用
いる。レーザアブレーション法はエキシマレーザをター
ゲットに照射することで、ターゲットの表面を原子・分
子・粒子等に分離してそれらを基板表面に堆積（エピタ
キシャル成長）せしめる。このレーザアブレーション法
によれば明確なルチル型結晶構造のバナジウム酸化物
（ＶＯ2）薄膜を得ることができる。
【００１４】因みに、前記した先行技術（Thin Solid
Filmｓ,24（1974）307-310）にあっては、ＴiＯ2基板
の（００１）面上にＶＯ2薄膜を形成しているが、転移
温度は低下していない。これはＶＯ2薄膜をＡｒスパッ
タ法にて形成したからと考えられる。即ち、Ａｒスパッ
タ法による場合は、ＶＯ2の化学組成の制御及び結晶性
の良いものを得ることが困難なため、十分にＣ軸長を変
化せしめることができない。
Filmｓ,24（1974）307-310）にあっては、ＴiＯ2基板
の（００１）面上にＶＯ2薄膜を形成しているが、転移
温度は低下していない。これはＶＯ2薄膜をＡｒスパッ
タ法にて形成したからと考えられる。即ち、Ａｒスパッ
タ法による場合は、ＶＯ2の化学組成の制御及び結晶性
の良いものを得ることが困難なため、十分にＣ軸長を変
化せしめることができない。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る転移温度
が制御された部材を製作するレーザアブレーション装置
の概略図であり、レーザアブレーション装置は、処理チ
ャンバー１の周囲に、加熱装置２、ＫrＦエキシマレー
ザ照射装置３、パルスモータ４及びＯ2/Ｏ3供給管５を
設けている。前記加熱装置２は処理チャンバー１内に臨
む先端で基板Ｗを保持し、その近傍には厚みモニタ６を
配置し、前記パルスモータ４は処理チャンバー１内に臨
むロッド７を進退動せしめ、このロッド７先端にはター
ゲットＴのホルダ８を備えている。
図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る転移温度
が制御された部材を製作するレーザアブレーション装置
の概略図であり、レーザアブレーション装置は、処理チ
ャンバー１の周囲に、加熱装置２、ＫrＦエキシマレー
ザ照射装置３、パルスモータ４及びＯ2/Ｏ3供給管５を
設けている。前記加熱装置２は処理チャンバー１内に臨
む先端で基板Ｗを保持し、その近傍には厚みモニタ６を
配置し、前記パルスモータ４は処理チャンバー１内に臨
むロッド７を進退動せしめ、このロッド７先端にはター
ゲットＴのホルダ８を備えている。
【００１６】上記のレーザアブレーション装置を用い、
以下の条件でルチル型ＴiＯ2基板上の（００１）面及び
（１１０）面にルチル型ＶＯ2薄膜を形成した。成膜条
件は、ＴiＯ2（００１）面については温度を３７０℃
（６４３Ｋ）とし、ＴiＯ2（１１０）面ついては温度を
３１０℃（５８３Ｋ）とし、何れの場合も酸素分圧を１
Ｐa、成膜速度を１.５Å／min、膜厚を１００Åとし。
以下の条件でルチル型ＴiＯ2基板上の（００１）面及び
（１１０）面にルチル型ＶＯ2薄膜を形成した。成膜条
件は、ＴiＯ2（００１）面については温度を３７０℃
（６４３Ｋ）とし、ＴiＯ2（１１０）面ついては温度を
３１０℃（５８３Ｋ）とし、何れの場合も酸素分圧を１
Ｐa、成膜速度を１.５Å／min、膜厚を１００Åとし。
【００１７】図２はルチル型ＶＯ2の結構構造の模式
図、図３（ａ）及び（ｂ）は基板の方位とＣ軸長との関
係を示す図であり、ＴiＯ2基板上の（００１）面上には
ルチル型ＶＯ2はＣ軸が垂直方向になるように形成さ
れ、（１１０）面上にはＶＯ2はＣ軸が（１１０）面に
水平、即ち、ＴiＯ2のＣ軸と平行になるように形成され
る。そして、以下の表に示すように、ＴiＯ2とＶＯ2の
軸長には若干の差が存在する。
図、図３（ａ）及び（ｂ）は基板の方位とＣ軸長との関
係を示す図であり、ＴiＯ2基板上の（００１）面上には
ルチル型ＶＯ2はＣ軸が垂直方向になるように形成さ
れ、（１１０）面上にはＶＯ2はＣ軸が（１１０）面に
水平、即ち、ＴiＯ2のＣ軸と平行になるように形成され
る。そして、以下の表に示すように、ＴiＯ2とＶＯ2の
軸長には若干の差が存在する。
【００１８】
【表１】
【００１９】上記の表から分かるように、ＴiＯ2基板上
の（００１）面上にルチル型ＶＯ2を形成した場合に
は、ＶＯ2はａ軸長の相違から水平方向に引張され、こ
のときＣ軸は垂直方向を向いているため、Ｃ軸長は圧縮
される。一方、ＴiＯ2基板上の（１１０）面上にルチル
型ＶＯ2を形成した場合には、Ｃ軸長は伸張される。
の（００１）面上にルチル型ＶＯ2を形成した場合に
は、ＶＯ2はａ軸長の相違から水平方向に引張され、こ
のときＣ軸は垂直方向を向いているため、Ｃ軸長は圧縮
される。一方、ＴiＯ2基板上の（１１０）面上にルチル
型ＶＯ2を形成した場合には、Ｃ軸長は伸張される。
【００２０】図４は、上記の（００１）面上と（１１
０）面上に形成されたＶＯ2薄膜、及びバルク体の電気
抵抗と温度との関係を示すグラフであり、このグラフか
らＣ軸長が圧縮されたＶＯ2薄膜の転移温度は室温程度
（約３００Ｋ）まで低下し、しかも転移温度における変
化量が極めて急峻であることが分かる。一方、Ｃ軸長が
伸張されたＶＯ2薄膜にあっては、電気抵抗の変化は６
５℃（３３８Ｋ）以上でみられるが、電気抵抗の変化量
の明確な転移点を見いだすことができない。
０）面上に形成されたＶＯ2薄膜、及びバルク体の電気
抵抗と温度との関係を示すグラフであり、このグラフか
らＣ軸長が圧縮されたＶＯ2薄膜の転移温度は室温程度
（約３００Ｋ）まで低下し、しかも転移温度における変
化量が極めて急峻であることが分かる。一方、Ｃ軸長が
伸張されたＶＯ2薄膜にあっては、電気抵抗の変化は６
５℃（３３８Ｋ）以上でみられるが、電気抵抗の変化量
の明確な転移点を見いだすことができない。
【００２１】以上の実施例ではＴiＯ2基板上に直接ＶＯ
2薄膜を成膜したが、ＴiＯ2基板上に適当なバッファ層
を形成し、このバッファ層上にＶＯ2薄膜を形成するこ
とで、転移温度を変化させることもできる。バッファ層
を介在せしめることで、ＶＯ2の格子の緩和によるＣ軸
長の変化が助長され、またルチル型ＶＯ2構造の安定化
を図ることができる。バッファ層の例としては、ルチル
型ＶＯ2−ＴiＯ2混結系、ＳｎＯ2等が挙げられる。
2薄膜を成膜したが、ＴiＯ2基板上に適当なバッファ層
を形成し、このバッファ層上にＶＯ2薄膜を形成するこ
とで、転移温度を変化させることもできる。バッファ層
を介在せしめることで、ＶＯ2の格子の緩和によるＣ軸
長の変化が助長され、またルチル型ＶＯ2構造の安定化
を図ることができる。バッファ層の例としては、ルチル
型ＶＯ2−ＴiＯ2混結系、ＳｎＯ2等が挙げられる。
【００２２】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
転移温度を自由にコントロールすることが可能なＶＯ2
薄膜を得ることができる。例えば、転移温度を室温付近
まで降下せしめることができるので、スイッチ素子など
の各種エレクトロニクスデバイスやサーモクロミズム素
子としての用途が広がる。
転移温度を自由にコントロールすることが可能なＶＯ2
薄膜を得ることができる。例えば、転移温度を室温付近
まで降下せしめることができるので、スイッチ素子など
の各種エレクトロニクスデバイスやサーモクロミズム素
子としての用途が広がる。
【図１】本発明に係る部材を製作するレーザアブレーシ
ョン装置の概略図
ョン装置の概略図
【図２】（ａ）及び（ｂ）は基板の方位とＣ軸長との関
係を示す図
係を示す図
【図３】ルチル型ＶＯ2の結構構造の模式図
【図４】Ｃ軸長と金属−絶縁体転移温度との関係を示す
グラフ
グラフ
【図５】従来のバナジウム酸化物（ＶＯ2）の温度と電
気抵抗との関係を示すグラフ
気抵抗との関係を示すグラフ
【図６】従来のバナジウム酸化物（ＶＯ2）の温度と可
視光透過率との関係を示すグラフ
視光透過率との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１…処理チャンバー、２…加熱装置、３…ＫrＦエキシ
マレーザ照射装置、４…パルスモータ、５…Ｏ2/Ｏ3供
給管、６…厚みモニタ、７…ロッド、８…ターゲットホ
ルダ、Ｔ…ターゲット、Ｗ…基板。
マレーザ照射装置、４…パルスモータ、５…Ｏ2/Ｏ3供
給管、６…厚みモニタ、７…ロッド、８…ターゲットホ
ルダ、Ｔ…ターゲット、Ｗ…基板。
フロントページの続き
(72)発明者 村岡 祐治
千葉県柏市柏の葉６−３−７ 柏の葉第１
住宅907
Ｆターム(参考） 4G048 AA02 AB01 AC04 AC08 AD02
AD06
4G077 AA03 BB08 DA03 ED05 ED06
Claims (3)
- 【請求項１】 ルチル型酸化チタン（ＴiＯ2）からなる
基板の表面に直接又は適当なバッファ層を形成した上
に、Ｃ軸長が変化せしめられたルチル型バナジウム酸化
物（ＶＯ2）薄膜が形成されていることを特徴とする転
移温度が制御された部材。 - 【請求項２】 請求項１に記載の転移温度が制御された
部材において、前記ルチル型バナジウム酸化物薄膜はル
チル型酸化チタン基板の（００１）面上に成膜されるこ
とでＣ軸長が圧縮せしめられ、このＣ軸長の圧縮に起因
して金属―絶縁体の転移温度が３００Ｋ付近まで低下し
ていることを特徴とする転移温度が制御された部材。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の転移温
度が制御された部材において、前記ルチル型バナジウム
酸化物薄膜はレーザアブレーション法にて基板上にエピ
タキシャル成長したことを特徴とする転移温度が制御さ
れた部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001182190A JP2003002791A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 転移温度が制御された部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001182190A JP2003002791A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 転移温度が制御された部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003002791A true JP2003002791A (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=19022340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001182190A Pending JP2003002791A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 転移温度が制御された部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003002791A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2010031235A (ja) * | 2008-06-30 | 2010-02-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | サーモクロミック微粒子、その分散液、その製造方法、ならびに調光性塗料、調光性フィルムおよび調光性インク |
| JP2010059004A (ja) * | 2008-09-02 | 2010-03-18 | Sony Corp | 一次元ナノ構造体の製造方法及びその装置 |
| US20110151639A1 (en) * | 2009-12-22 | 2011-06-23 | Lim Jae-Soon | Semiconductor device, method of fabricating the same, semiconductor module, electronic circuit board, and electronic system including the device |
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-
2001
- 2001-06-15 JP JP2001182190A patent/JP2003002791A/ja active Pending
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