発表者

玄地　真悟（田中研）

指導教員

山本　真人

Title

Growth of VO₂ thin films on hexagonal boron nitride (Ⅱ)

Abstract

Vanadium dioxide (VO₂) shows a metal-insulator transition (MIT) with the giant electrical resistivity and infrared transmittance changes around room temperature, and is highly expected to be applied to electronic and optoelectronic devices, such as transistors and bolometers [1,2]. In order to broaden the applications of VO₂ in devices, it is exciting to grow VO₂ on two-dimensional (2D) materials because they exhibit the excellent electronic and optoelectronic properties, together with the structural flexibility owing to their atomic layer thicknesses. Here, we demonstrated growth of VO₂ films on thin flakes of hexagonal boron nitride (hBN), which shows the excellent insulating properties. The hBN flakes were mechanically exfoliated onto SiO₂/Si substrates by using an adhesive tape. Thin films of VO₂ were grown on hBN by the pulsed laser deposition method using V₂O₅ as a target at a substrate temperature of 450 ℃ under an oxygen partial pressure of 0.95Pa. At 300K, thin films of VO₂ on hBN were observed to show Raman peaks associated with the monoclinic phase of VO₂, confirming the crystallinity. The electrical resistivity measurements for VO₂ on hBN exhibited the clear MIT behaviors with the resistivities changing by nearly three orders of magnitude. Additionally, highly resolved scanning transmittance electron microscopy (HRSTEM) measurements were conducted to determine the crystallinity of VO₂ grown on hBN. The viewing plane of VO₂ was determined to correspond to the (1-13) plane of the rutile VO₂. This observation implies that the VO₂ films may be preferentially grown along the [110] axis of the rutile phase on hBN. Also, the stuck of VO₂/hBN can be picked up from the supporting substrates (Si) and transferred to another substrate, such as polymer. Our results could open the possibility of not only fabricating novel VO₂-based devices such as transistor but realizing novel heterostructures based VO₂ and layered materials, such as graphene and transition metal dichalcogenides.

タイトル

六方晶窒化ホウ素上のVO₂の薄膜成長（Ⅱ）

概要

二酸化バナジウム（VO₂）は，室温近傍で巨大抵抗変化や近赤外透過率変化を伴う金属-絶縁体相転移（MIT）を示し，トランジスタやボロメータなどの電子・光デバイスへの応用が期待されている[1,2]。VO₂のデバイス応用を拡張させるためにも，原子層に由来した構造的なフレキシビリティを持ち，かつ優れた電子・光学特性を有する2次元層状物質上でVO₂を成長させることは興味深い。ここでは，優れた絶縁性を示す六方晶窒化ホウ素（hBN）のフレーク上でのVO₂の結晶成長について報告する。hBNのフレークは，SiO₂/Si基板にテープを用いて機械的に剥離をした。VO₂薄膜はV₂O₅をターゲットとしたパルスレーザー堆積法によって基板温度450℃，酸素分圧0.95Paで作製した。300Kでは，hBN上のVO₂は絶縁層に由来するラマンピークを示し，その結晶性を確認した。hBN上のVO₂の電気伝導特性では，3桁程度の抵抗変化を伴う明瞭なMITを示した。さらに，hBNの上のVO₂の結晶性を明らかにするために高分解走査型透過電子顕微鏡（HRSTEM）による測定を行い，観察したVO₂の面はルチル相の(1-13)面に対応することが分かった。この観察により，VO₂薄膜はhBN上では[110]軸が優先配向していることが示唆される。さらに，VO₂/hBNの塊は下の基板（Si）から剥がし，ポリマーのような他の基板に転写することができる。我々の結果は，VO₂をベースとしたトランジスタのようなデバイスだけでなく，VO₂とグラフェンや遷移金属ダイカルコゲナイドのような層状物質による新奇ヘテロ構造の創製の実現可能性を高めるものである。

References

1. Evgheni Strelcov et al. Nano Lett., Vol. 9, No. 6, 2009.
2. Changhong Chen et al. Sensors and Actuators A: Physical Volume 90, Issue 3.

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