透明で金属的電気伝導を示すアモルファス物質の特異性の解明と設計指針の確立

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450241
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 細野 秀雄 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (30157028)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 啓司 北海道大学, 工学研究科, 教授 (20002313) ; 植田 和茂 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助手 (70302982) ; 川副 博司 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (80087288)
• Keywords: アモルファス半導体 / 透明導電体 / 電子状態 / イオン注入 / 自由電子吸収

Research Abstract

本年度の研究成果は以下のようにまとめられる。
(1) アモルファス透明伝導性酸化物のキャリア導入後の近赤外線領域にあらわれる光吸収スペクトルの解析とホール測定とを組み合わすことで、伝導電子の散乱時間、平均自由工程、微視的移動度(バンド移動度)、有効質量、フェルミ速度などの重要な輸送パラメータを求めることができた。
(2) アモルファス2CdO-GeO_2薄膜を対象にプロトンのイオン注入によるフェルミ準位の制御を試みた。その結果、2x10^<14>cm^<-2>の注入量では伝導帯の底から1eVのところに、2x10^<15>では64meV、2x10^<16>では縮退状態に至ることが伝導度の温度依存性から明らかになった。すなわち、注入量でフェルミレベルが連続的に制御できることがわかった。
(3) H^+を2×10^<16>cm^<-2>注入したアモルファス2CdO-GeO_2薄膜を対象に、紫外光電子分光と逆光電子分光測定(自作の装置)することで、フェルミレベルが伝導帯の底に位置していることが直接的に明らかになった。また、伝導帯の底の分散が大きく、電子移動度が大きいというホール測定の結果をバンド構造の直接観察から裏付けることに成功した。
(4) アモルファスWO_3薄膜について、He,Arのような希ガスイオンをイオン注入すると、格子を作っている酸素イオンが格子間に移動し、その結果として電子キャリアが生成するという機構が示唆された。

Research Products

• [Publications] 細野 秀雄: "Experimental Evidence for Frenkel Defect Formation in Amorphous SiO_2 by Electronic Excitation" Physical Review Letters. 317. 317-320 (1998)
• [Publications] 細野 秀雄: "Defect formation in amorphous SiO_2 by ion implantation" Nuclear Instrument and Methods in Physics Research. B141. 566-574 (1998)
• [Publications] 西井準治: "Origin of Enormous photon-induced volume expansion of GeO_2-SiO_2 Thin Eilms" Nuclear Instrument and Methods in Physics Research. B141. (1998)
• [Publications] 渡辺裕一: "Permanent refractive index changes in GeO2 glass slabs induced by rradiation with sub band gap light" Journal of Non-Crystalline Solids. 239. 104-107 (1998)
• [Publications] 水口雅史: "Detection and Analysis of ^<29>Si Hyperfine Structures in EPR Spectra of E' and E'-type Centers in SiO2 Glasses" Materials Science and Engineering. B54. 38-42 (1998)
• [Publications] 河村賢一: "Proton-implantation-induced optical phenomena in SiO2 : GeO2 Glasses" Materials Science and Engineering. B54. 18-23 (1998)
• [Publications] 山嵜正明: "Long Luminescent Glass : Tb^<3+>-activated ZnO-B_2O_3-SiO_2 Glass" Journal of Non-Crystalline Solids. 241. 71-73 (1998)
• [Publications] 細野 秀雄: "Photosensitivity in Glass and Second Order Optical Nonlinearity (印刷中)" Springer-Verlog, (1999)