学生受け入れ中
外部併任先
- 明治大学 大学院理工学研究科 客員教授
研究内容
- Keywords
コンビナトリアル、酸化物半導体、電子デバイス、光電子分光
出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。
論文
- Asahiko Matsuda, Takashi Teramoto, Takahiro Nagata, Dominic Gerlach, Peng Shen, Shigenori Ueda, Takako Kimura, Christian Dussarrat, Toyohiro Chikyow. NF3 and F2 gas fluorination of GaN surface and Pt/GaN interface analyzed by hard X-ray photoelectron spectroscopy. Applied Surface Science. 659 (2024) 159941 10.1016/j.apsusc.2024.159941 Open Access
- 柳生 進二郎, 吉武 道子, 長田 貴弘, 安田 剛, 桑島 功, 劉 雨彬, 中島 嘉之. 有機半導体材料における光電子収量分光（PYS）データベース構築. Journal of Surface Analysis. 29 [3] (2023) 146-154 10.1384/jsa.29.146 Open Access
- Van Dung Nguyen, Chun-Ting Tai, Takahiro Nagata, K.-S. Chang. Development of thermally stable N-doped multielement dielectrics and their boost in electrical and UV-sensing performances of resulting dual-gate thin film transistors. Applied Surface Science. 745 (2026) 167471 10.1016/j.apsusc.2026.167471
書籍
- 長田 貴弘, 知京 豊裕. Combinatorial Synthesis Applied to the Development of Thin Film Materials for Nano-electronics. CRC Press, 2021, 20.
- 長田 貴弘. スマートラボによる薄膜材料開発とデータ連携. データ駆動型材料開発～オントロジーとマイニング、計測と実験装置の自動制御～. NTS, 2021, 10.
- 長田 貴弘. 第9節 実証実験でのコンビナトリアル手法の活用とハイスループット材料合成. ケモインフォマティクスにおけるデータ収集の最適化と解析手法. 技術情報協会, 2023, 8.
会議録
- Kazunori Kurishima, Toshihide Nabatame, Takashi Onaya, Kazuhito Tsukagoshi, Akihiko Ohi, Naoki Ikeda, Takahiro Nagata, Atsushi Ogura. Suppression of threshold voltage shift on In-Si-O-C Thin-Film Transistor with an Al2O3 Passivation Layer under Negative and Positive Gate-Bias Stress. Electron Devices Technology and Manufacturing Conference (EDTM). (2019) 10.1109/edtm.2019.8731167
- NAGATA, Takahiro, YAMASHITA, Yoshiyuki, YOSHIKAWA, Hideki, CHIKYOW, Toyohiro. Hard X-ray Photoelectron Spectroscopic Study on High-k Dielectrics Based Resistive random access memory. ECS TRANSACTIONS. (2017) 39-47
- NAGATA, Takahiro, YAMASHITA, Yoshiyuki, YOSHIKAWA, Hideki, K. Kobayashi, CHIKYOW, Toyohiro. Photoelectron Spectroscopic Study on High-k Dielectrics Based Nanoionics-Type ReRAM Structure under Bias Operation. ECS TRANSACTIONS. (2014) 301-310 10.1149/06102.0jolecs
口頭発表
- NAGATA, Takahiro. Hard X-ray Photoelectron Spectroscopic Study on High-k Dielectrics Based Resistive random access memory. PRiME 2016/230th ECS Meeting. 2016 招待講演
- ONAYA, Takashi, NABATAME, Toshihide, NAGATA, Takahiro, TSUKAGOSHI, Kazuhito. Design of Interface Formation Process for Superior Ferroelectricity and Enhanced Fatigue Resistance in HfxZr1−xO2-Based Ferroelectric Devices. AVS 26th International Conference on Atomic Layer Deposition (ALD 2026). 2026
- NAGATA, Takahiro. Operando hard X-ray photoelectron spectroscopy studies on dielectric material/semiconductor interfaces. 249th ECS meeting. 2026 招待講演
その他の文献
- 室町 英治, 藤田 高弘, 藤田 大介, 村川 健作, 山内 泰, 三石 和貴, 川喜多 磨美子, 岩井 秀夫, 大久保 忠勝, 川喜多 仁, 北澤 英明, 木本 浩司, クスタンセ オスカル, 倉橋 光紀, 後藤 敦, 坂口 勲, 坂田 修身, 櫻井 健次, 張 晗, 篠原 正, 清水 禎, 清水 智子, 志波 光晴, 鈴木 拓, 関口 隆史, 丹所 正孝, 知京 豊裕, 長田 貴弘, 野口 秀典, 端 健二郎, 宝野 和博, 柳生 進二郎, 山下 良之, 吉川 元起, 吉川 英樹, 吉武 道子, 渡邉 賢, 渡邊 誠. 材料イノベーションを加速する先進計測テクノロジーの現状と動向 物質・材料研究のための先進計測テクノロジー. 調査分析室レポートNIMS-RAO-FY2016-3 [ISBN] 978-4-9900563-7-7. 1 (2016) 42-51
- 室町 英治, 藤田 高弘, 藤田 大介, 村川 健作, 山内 泰, 三石 和貴, 川喜多 磨美子, 岩井 秀夫, 大久保 忠勝, 川喜多 仁, 北澤 英明, 木本 浩司, クスタンセ オスカル, 倉橋 光紀, 後藤 敦, 坂口 勲, 坂田 修身, 櫻井 健次, 張 晗, 篠原 正, 清水 禎, 清水 智子, 志波 光晴, 鈴木 拓, 関口 隆史, 丹所 正孝, 知京 豊裕, 長田 貴弘, 野口 秀典, 端 健二郎, 宝野 和博, 柳生 進二郎, 山下 良之, 吉川 元起, 吉川 英樹, 渡邉 賢, 渡邊 誠. 材料イノベーションを加速する先進計測テクノロジーの現状と動向. 調査分析室レポート. (2016) 73-89
- NAGATA, Takahiro, PARHAT, AHMET, YAMAUCHI, Yasushi, SAKUMA, Yoshiki, SEKIGUCHI, Takashi, CHIKYOW, Toyohiro. Position Controlled GaN Nano-Structures Fabrication by Focused Ion Beam Assisted Methods. Proceedings of the 10th International Symposium on Advanced Physical Fields. (2005) 123-125
所属学会
応用物理学会, 日本誘電体学会, The Electrochemical Society (ECS)
電子・光機能材料研究センター
データ駆動型材料開発とOperando界面科学 ― 次世代電子材料の探索・理解・制御 ―
誘電体，半導体，ヘテロ界面，コンビナトリアル手法, オペランド計測，マテリアルズ・インフォマティクス
概要
次世代半導体デバイスでは、材料そのものの高性能化に加え、ナノスケールの異種材料界面における電子状態や欠陥、電位分布を理解・制御することが重要です。私たちは、「データ駆動型手法による高機能誘電体薄膜材料の開発」と「Operando光電子分光による先端半導体界面の解析と制御」を二つの柱として研究を進めています。コンビナトリアル薄膜合成、自動計測、マテリアルズ・インフォマティクス（MI）による材料探索と、硬X線光電子分光(HAXPES)による動作環境下での界面電子状態解析を融合し、材料探索から界面形成、デバイス評価までをつなぐ研究を推進しています。
新規性・独創性
● コンビナトリアル薄膜合成により、多元素・多組成の材料空間を一枚の基板上で系統的かつ高速に探索
● 組成・構造・電気特性などを同一基板上で取得する高精度自動マッピング計測技術を構築
● 自動計測、データ基盤、MI・AIを融合したデータ駆動型薄膜材料探索を推進
● 高誘電率だけでなく、温度安定性・誘電損失・リーク電流・絶縁特性を考慮した多目的誘電体材料探索を展開
● Multi-energy、Bias、Temperatureを組み合わせた多次元Operando-HAXPESにより、埋もれた界面の電位・化学状態を解析
● 材料・界面を「観察・評価」するだけでなく、得られた知見を材料・プロセスへフィードバックするInterface Engineeringへ展開
内容
1．データ駆動型手法による高機能誘電体薄膜材料の開発
高性能誘電体には、高誘電率に加えて、薄膜化、高温安定性、低誘電損失、低リークなど複数特性の両立が求められます。私たちは、多組成傾斜薄膜を形成するコンビナトリアル合成、自動マッピング計測、MI・AIを組み合わせ、多次元の材料・プロセス空間を効率的に探索しています。A₂B₂O₇系酸化物では組成と結晶構造を制御し、Sr₂Ta₂O₇–La₂Ti₂O₇系において比誘電率100以上と室温～300℃で10％以下の誘電率変化を両立しました。さらに、多元素化による特性向上や非酸化物high-k材料へ探索領域を拡張し、複数物性を同時最適化するデータ駆動型誘電体開発を進めています。
2．Operando光電子分光による先端半導体界面の解析と制御
先端デバイスでは、誘電体／半導体などの埋もれた界面における電子状態や欠陥、電位分布がデバイス性能や信頼性を大きく左右します。私たちは、硬X線光電子分光（HAXPES）に測定エネルギー、バイアス印加、温度制御を組み合わせ、デバイス動作環境下における界面電子状態を非破壊で解析するOperando計測技術を開発しています。In₂O₃/Al₂O₃薄膜トランジスタでは、動作時に生じる局所的なband bendingや電子状態変化を直接観察しました。またGaNでは、フッ素系表面処理によるGa–F結合形成と界面電子状態の変化を明らかにしています。これらを通じて、界面を「観察する」だけでなく、電子状態や欠陥を理解・制御し、材料・プロセス設計へフィードバックするInterface Engineeringへ研究を展開しています。
まとめ
私たちは、Materials DiscoveryとOperando Interface Scienceの融合により、材料探索から界面の理解・制御までを一体化した電子材料研究を目指しています。今後は、コンビナトリアル合成、自動計測、MI・AIを連携したclosed-loop型材料探索を高度化するとともに、Multi-energy・Bias・Temperatureを組み合わせたOperando-HAXPESを酸化物半導体、二次元半導体などへ展開します。材料探索 → 界面形成 → Operando解析 → デバイス評価 → 材料・プロセス設計へのフィードバックという研究サイクルを構築し、次世代エレクトロニクスを支える高性能・高信頼性材料と界面技術の創出を目指します。
