2015 Fiscal Year Annual Research Report
磁場印加PLD法による半導体／絶縁体超格子薄膜の自発的生成と巨大熱電特性
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15H04123
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
脇谷 尚樹 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (40251623)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 久男 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (70154573)
坂元 尚紀 静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (80451996)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 磁場中PLD / スピノーダル分解 / 自発的超格子生成 / エピタキシャル成長 / 酸化物薄膜 / 熱電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ドーパント（ニオブまたはランタン）をドープした導電性を有するチタン酸ストロンチウム薄膜に対して成膜時に磁場を印加することにより自発的に超格子構造が生成するかどうか調べた。その結果、ニオブをドープしたチタン酸ストロンチウム薄膜についてもランタンをドープしたチタン酸ストロンチウムについても自発的に超格子構造が生成することを見いだした。これらの薄膜は(001)方位のチタン酸ストロンチウム単結晶上に作製したが、薄膜の面内の格子定数は基板の面内の格子定数と一致するコヒーレント成長であることが明らかになった。この現象はランタンをドープしたチタン酸ストロンチウム薄膜でも同様であった。ニオブをドープした系については、膜厚方向に周期的にチタンとニオブの明確な濃度の振動が認められ、自発的な超格子構造の生成がスピノーダル分解による相分離であることが明らかになった。一方、自発的に超格子構造が生成する組成はペロブスカイト構造のＡサイトとＢサイトの比が約1.3～1.4とＡサイト過剰組成であったが、この組成では薄膜の電気伝導度が小さかった。これに対して、ランタンをドープした系ではランタンの添加量が高くなった。一方で、これらの薄膜では超格子の周期が小さくならなかったため、当初予測していた２次元電子ガスが生じず、熱電性能はあまり高くならなかった。この薄膜は温度の上昇に伴い熱電性能が高くなる傾向を示し、673Kにおいて無次元性能指数ZT=0.002という値を示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、ニオブまたはランタンをドープしたチタン酸ストロンチウム薄膜では成膜時に磁場を印加することにより自発的に超格子構造が生成することは認められたが、一方で電気伝導度が低く、超格子構造の周期を制御させるところまでは至らなかった。このため、今後はチタン酸ストロンチウムと同じペロブスカイト構造を有し、電気伝導度がチタン酸ストロンチウムよりも高いコバルト酸ランタンストロンチウム薄膜について研究を進めることとした。なお、研究の途中で成膜に使っていたエキシマレーザーが故障し、製造メーカーから修理が難しいと言われたため、以降の実験はNd:YAGレーザーを用いることにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、コバルト酸ランタンストロンチウム系の薄膜に対して自発的に超格子構造が生成した薄膜について成膜条件と超格子の周期の関係やそれらが電気特性や熱電特性におよぼす影響の解明を目指していく。
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Research Products
(5 results)
