2016 Fiscal Year Research-status Report
高温・高圧合成によるキャリア制御型半導体ダイヤモンドの確立
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15K13957
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
石川 史太郎 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (60456994)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松下 正史 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (90432799)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / 高温・高圧合成 / 半導体 / 不純物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイヤモンドは、将来の高性能パワーデバイスや紫外発光素子を実現する半導体材料として期待されている。愛媛大学では世界最高峰の高温・高圧発生技術を有しており、通常のダイヤモンドよりも高硬度な、ナノ多結晶ダイヤモンドの合成と、その高品質化・大型化に成功している。本研究はこのナノ多結晶ダイヤモンドの半導体材料としての応用可能性を調べている。
昨年までに本研究では、ナノ多結晶ダイヤモンド本来の性質について調べた。意図的に不純物添加などを行わない一般的な条件（15GPa,2300℃）で合成したナノ多結晶ダイヤモンドは、高温領域で半導体領域となる移動度や導電性を示すことを見出した。
本年度さらにその特性について詳細に検討したところ、発光は励起するエネルギーのことなる電子線(15keV)とレーザー光(3eV)では、支配的な発光ピークが異なって現れることがわかった。
上述の半導体性能が把握されたことを踏まえ、導電性制御で特に重要となる不純物の導入を試みたところ、合成後の多結晶ダイヤモンドの粒径が比較的大粒径化するとともに、導入した元素がダイヤモンド中に存在することが確認され、不純物導入の可能性を見出した。
さらに、特定の条件下では高温・高圧処理によって特徴的なナノ構造を有するダイヤモンドが合成できることを今年度見出した。作成した試料中には明瞭に結晶方位が現れたナノスケール～マイクロスケールの微細構造が発現し、その機能材料としての応用が期待できる結果となった。
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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
ナノ多結晶ダイヤモンド本来の性質について調べたところ、昨年までに高温領域で半導体領域となる移動度や導電性を示すことを見出している。
本年度は、導電性制御で特に重要となる不純物の導入を試み、合成後のナノ多結晶ダイヤモンドの結晶粒径が比較的大粒径化するとともに、導入した元素がダイヤモンド中に存在することが確認した。これは、不純物導入によるナノ多結晶ダイヤモンドの導電性制御に有望な結果であると考えられる。
物性についても、より詳細な電子線およびレーザー光両方の測定結果を比較検討することで、特徴的な発光特性を示すことを確認した。
特筆すべきは特定の条件下で特徴的なナノ構造を有するダイヤモンドが合成できることの発見であり、高温・高圧印加によるダイヤモンドのナノスケールのマテリアルエンジニアリングが可能であることを示すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
得られた研究成果から、ナノ多結晶ダイヤモンドに対して以下を検討していく。
①不純物導入による半導体物性の制御：高温・高圧合成ならではのダイヤモンドに対する不純物添加技術をさらに高度化させ、電気・光学特性を詳細に制御する手法を確立する。
②ダイヤモンドのナノスケール構造作製・制御手法としての高温・高圧合成手法についてさらに検討を進める。
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| Causes of Carryover |
研究は順調に進んでおり、対象としたナノ多結晶ダイヤモンドの電気的特性、光学的特性について詳細に明らかにすることができた。さらに、高温領域で使用することで同ダイヤモンドが半導体を示すことが把握できた。この現象について、現在より詳細に把握できるよう評価を行っている。これら実験結果を踏まえて次年度学会発表、論文執筆を行う。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
得られた成果に対して海外を含む学会発表、論文執筆を行う。
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Research Products
(5 results)
