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Room-temperature laser-induced fabrication of novel functional oxide thin films

Research Project

Project/Area Number 18H01702
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

Yoshimoto Mamoru  東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (20174998)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2018: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Keywordsエキシマレーザー照射 / 固相エピタキシャル成長 / PLD / ワイドギャップ半導体 / Ga2O3 / ZnO / 室温合成 / 超平坦基板 / レーザーアニール / 単結晶薄膜 / 非晶質薄膜 / 高濃度不純物ドーピンブ / 紫外発光 / 酸化物 / 室温結晶成長 / レーザー励起 / エピタキシャル成長 / 薄膜 / 高濃度不純物
Outline of Final Research Achievements

The room-temperature crystal growth of wide-gap Ga2O3 thin films with n- and p-type impurities was successfully achieved by irradiating amorphous Ga2O3 thin films on sapphire substrates at room temperature from the backside of the substrates with UV pulsed laser. TEM analysis revealed that room-temperature crystal growth occurred at the thin film/substrate interface. Furthermore, the presence of Li as p-type Ga2O3 impurity in the film was confirmed by SIMS analysis. In addition, we succeeded for the first time in synthesizing an oriented Ga2O3 crystal thin film on a polymer sheet at room temperature by laser irradiation of the surface of an amorphous Ga2O3 film on a polymer sheet with a buffer layer (amorphous Al2O3 film/ZnO oriented film).

Translated with www.DeepL.com/Translator (free version)

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果の学術的意義としては、紫外レーザーを使った気相および固相の非平衡プロセスを駆使して、酸化物単結晶(エピタキシャル)薄膜工学において非常識な「室温合成」という全く新しい分野を開拓したことであり、高温成膜では合成しにくい準安定相の単結晶薄膜を合成し、新規な電磁気的機能を有した酸化物薄膜の合成と新規電子デバイス創製につながる基礎的知見を得ることに成功したことが挙げられる。また社会的意義としては、環境に優しい、レーザーを使った低温プロセスの種々の可能性を見出し、今後重要な基幹電子部品と期待されるフレキシブルポリマー電子デバイス向けの酸化物薄膜の新規合成手法の提案が挙げられる。

Report

(4 results)
  • 2021 Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Solid-phase epitaxial crystallization of β-Ga2O3 thin film by KrF excimer laser irradiation from backside of NiO (111)-buffered α-Al2O3 (0001) substrate at room temperature2021

    • Author(s)
      Hiroyuki Morita, Takumi Matsushima, Kisho Nakamura, Kenta Kaneko, Satoru Kaneko, Akifumi Matsuda, and Mamoru Yoshimoto
    • Journal Title

      J. Vac. Sci. Technol.

      Volume: A39 Issue: 4 Pages: 043414-043417

    • DOI

      10.1116/6.0000996

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    • Author(s)
      Subaru Nakanishi, Yoshiharu Shinozaki, Satoru Kaneko, Akifumi Matsuda, and Mamoru Yoshimoto
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 59 Issue: 7 Pages: 078004-078004

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab9ef7

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      2019 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Construction of a lattice constant in an epitaxial magnesium oxide film deposited on a silicon substrate2019

    • Author(s)
      S. Kaneko, T. Tokumasu, M. Yasuii, Musa, A. Matsuda, and M. Yoshimoto
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys. Vol.58 (2019)

      Volume: 58 Issue: SA Pages: SAAD06-SAAD06

    • DOI

      10.7567/1347-4065/aaec11

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  • [Journal Article] Solid-phase epitaxy and pressure-induced topotaxy of the VO2 and V2O3 thin films on sapphire using annealing under uniaxial compression2019

    • Author(s)
      Akifumi Matsuda, Yasuhisa Nozawa, Satoru Kaneko, and Mamoru Yoshimoto
    • Journal Title

      Applied Surface Science

      Volume: 480 Pages: 956-961

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2019.01.189

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  • [Journal Article] Tuning of structural, optical band gap, and electrical properties of room-temperature-grown epitaxial thin films through the Fe2O3:NiO ratio2019

    • Author(s)
      Seo Okkyun、Tayal Akhil、Kim Jaemyung、Song Chulho、Chen Yanna、Hiroi Satoshi、Katsuya Yoshio、Ina Toshiaki、Sakata Osami、Ikeya Yuki、Takano Shiori、Matsuda Akifumi、Yoshimoto Mamoru
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 4304-4304

    • DOI

      10.1038/s41598-019-41049-9

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      2018 Annual Research Report
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      甲斐稜也・渡邉一樹・大賀友瑛・金子智・松田晃史・吉本護
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      渡邉一樹・甲斐稜也・大賀友瑛・金子智・松田晃史・吉本護
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      日本セラミックス協会 2021年第34回秋季シンポジウム
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      渡邉一樹・甲斐稜也・大賀友瑛・金子智・松田晃史・吉本護
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      甲斐稜也・渡邉一樹・大賀友瑛・金子智・松田晃史・吉本護
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      2021年第82回 応用物理学会 秋季学術講演会
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      Kazuki Watanabe, Ryoya Kai, Naho Kaneko, Shohei Hisatomi, Tomoaki Oga, Satoru Kaneko, Akifumi Matsuda, and Mamoru Yoshimoto
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      森田・大賀・土嶺・金子・松田・吉本
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      2018 Annual Research Report
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      堀松・伊藤・土嶺・金子・松田・吉本
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      第66回 応用物理学会 春季学術講演会
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      2018 Annual Research Report
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      第66回 応用物理学会 春季学術講演会
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      池谷・土嶺・金子・S. Okkyun・坂田・松田・吉本
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      伊藤・堀松・土嶺・金子・松田・吉本
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      第79回 応用物理学会 秋季学術講演会
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      大賀・森田・池谷・土嶺・金子・松田・吉本
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      堀松・伊藤・難波・土嶺・金子・松田・吉本
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      中西・岩佐・金子・木村・松田・吉本
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      第79回 応用物理学会 秋季学術講演会
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  • [Presentation] Solid-Phase Heteroepitaxy and Synchrotron Radiation Analyses of β-Ga2O3 Thin Films Fabricated by Room-Temperature Laser Processes2018

    • Author(s)
      A. Matsuda, H. Morita, T. Oga, Y. Chen, O. Seo, O.Sakata, N. Tsuchimine, S. Kaneko, M. Yoshimoto
    • Organizer
      Materials Research Society(米国材料学会)Fall Meeting
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  • [Remarks] t東京工業大学物質理工学院 吉本・松田研究室

    • URL

      http://www.yoshimoto.iem.titech.ac.jp/

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  • [Remarks] 東京工業大学物質理工学院 吉本・松田研究室

    • URL

      http://www.yoshimoto.iem.titech.ac.jp/

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      2019 Annual Research Report 2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2023-01-30  

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