2006 Fiscal Year Annual Research Report
非平衡透明酸化物のパラレル合成による光・電子・磁気機能の高効率探索とデバイス実証
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14GS0204
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
川崎 雅司 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90211862)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川添 良幸 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30091672)
福村 知昭 東北大学, 金属材料研究所, 講師 (90333880)
松倉 文ひろ 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (50261574)
大谷 啓太 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (40333893)
阿藤 敏行 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (40241567)
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| Keywords | 結晶工学 / ワイドギャップ光学体 / 酸化物半導体 / トランジスタ / スピントロニクス / セラミックス / 光物性 / コンビナトリアル |
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| Research Abstract |
本研究では、透明酸化物半導体に関して、光・電子・磁気機能を念頭にパラレル合成技術を駆使して新材料の探索やデバイス構築を行っている。
今年度は、電子機能における量子ホール効果の観測がハイライトである。
これは酸化物で初めての快挙である。
(1)光機能:昨年までに実現したp型ZnOに関して、光学特性や正孔輸送特性を詳細に調べた。
高品質p型ZnOに関する唯一のデータであり貴重な論文を発表できた。
(2)電子機能:昨年までに明らかにした高品質ZnOの最適成長温度について、その周辺を詳細に調べた。
基板温度傾斜法で作製した薄膜の残留電子濃度を1/T_gに対してプロットすると、2つの異なった動力学が支配し、それらが釣り合う時に、440cm^2/Vsという従来の最高値を2倍以上凌駕する移動度が得られた。
また、高温側では多量のキャリアが存在するが、ZnO/MgZnO界面に二次元電子ガスが形成できた。
これは、二つの材料の分極(自発分極とピエゾ分極の和)が界面で不整合するからであると説明した。
キャリア濃度のMg濃度や成長温度依存性は、この説明と良く合致する結果となった。
この二次元電子ガスは、極低温でシュブニコフドハース振動と量子ホール効果を示した。
(3)磁気機能:TiO_2:Coについて、XMCDを測定し、昨年の光電子同様、高スピンのCo^<2+>が確認できた。
また、第一原理計算を、ZnTe : Crなどへ拡張し、実験結果と良く合致する結果を得た。
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