Li誘起による半導体ZnOの強誘電性発現と電子材料の可能性

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09875076
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 小野寺 彰 北海道大学, 大学院理学研究科, 助教授 (40142682)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小田 研 北海道大学, 大学院理学研究科, 助教授 (70204211)
• Keywords: ZnO / 強誘電体 / II-VI族半導体 / 強誘電性半導体 / 強誘電薄膜 / ワイドギャップ半導体 / 電子性強誘電体 / d-p混成

Research Abstract

II-VI族半導体ZnOのZnをLiで一部置換すると強誘電性を示すことを発見し、そのメカニズムの解明を試みた。ZnOは電子系が主因の新しいタイプの強誘電性である可能性が大きい。この系が強誘電性研究に適しているのは、構造が簡単であること、Li添加により抵抗が急激に増加し、高抵抗になる点にある。次ぎのような、基本的な誘電特性、小さい格子系の変化を明らかにした。
(1) Znを3d電子を持たないLiで世換すると、強誘電性が誘起される。
(2) SPS法で作製したセラミックスでは、転移点が470Kまで上昇した。Tc-χ相図を得た。
(3) ZnO単結晶Li雰囲気中で処理した場谷、セラミックスと同様な異常がみられる。
(4) ZnOは相転移に伴う構造変化が小さく、空間群も変化しない。
(5) 電子系のわずかな変化が相転移を誘起しうることを現象論的に示した。
酸化亜鉛は機能性酸化物として、最近広く注目を浴びている。半導体材料との整合性も良いことから、デバイスに組み込む強誘電体薄膜材料としても展開が期待される。また、In,Alドープにより高伝導度の透明電極材料になること、青色レーザーが発振可能なこと等の興味ある特性を示す。光ICなどの発光部、機能部、電極部などが一つの基礎材料で構成可能となる。また、p型のドーピングに成功すれば、透明太陽電池が可能になる。ガラス窓で被われたオフィスビルの電力源にもなりうるなど可能性にみちた次世代の夢の電子材料である。

Research Products

• [Publications] A.Onodera: "Ferroelectric Properties in Piezoelectric Semiconductor Zn_<l-x>MxO" Japanese Journal of Applied Physics. 36. 6008-6011 (1997)
• [Publications] A.Onodera: "Ferroelectric Phase Transition in Piezoelectric Semiconductor ZnO" J.Kor.Phys.32. S11-S14 (1998)
• [Publications] A.Onodera: "Li-Substitution Effect and Ferroelectric Properties in ZnO" Jpn.J.Appl.Phys.37. 5315-5317 (1998)
• [Publications] A.Onodera: "Novel Ferroelectricity in Polar Semiconductor ZnO" IEEE Proceedings. (1999)
• [Publications] A.Onodera: "Novel Ferroelectricity in Pieroelectric ZnO by Li-Substitution" J.Amer.Ceram.Soc.(1999)
• [Publications] A.Onodera: "X-ray Study of Ferroelectric Phase Trausition in ZnO" Ferroelectrics. (1999)