2017 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of carrier controlled semiconducting diamond by high-pressure and high-temperature technique
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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 / ナノ多結晶 / ナノ構造 / ドーピング / 電子材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイヤモンドは物質中で最高の熱伝導度に加え、高い硬度、透明性、絶縁破壊電界・移動度などの優れた半導体としての物性を併せ持つ。愛媛大学では、従来高温・高圧下でのダイヤモンド合成に取り組んでいる。世界最大級の超高圧発生装置により、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（ヒメダイヤ）の合成や、その高品質化・大型化に成功している。本研究は高温・高圧合成による電子材料ダイヤモンド合成技術確立を目的として研究を行った。特にn型化を実現するためのP（リン）の不純物導入に取り組み、具体的には以下の研究を行った。
①ナノ多結晶ダイヤモンドそのものの導電性について調査し、約400℃以上の高温では半導体領域の導電性を示すことが見出された。
②ダイヤモンドのn型化にはPを不純物として導入することが有効であると報告されている。出発物質となるグラファイトと共にPを含む素材を封入してダイヤモンドを合成することで、Pを不純物として含有するダイヤモンドの合成を試みた。作製試料のX線回折測定では、結晶格子定数の変化が観測された。透過型電子顕微鏡およびエネルギー分散型X線分析からは、ダイヤモンド中にInおよびPが観測され、ダイヤモンド中にこれら元素を含む合成試料の作製に成功した。
③化学気相堆積法で作製された単結晶ダイヤモンド表面にPをイオン注入し、ナノ多結晶ダイヤモンド合成条件となる2300℃、15GPaの高温・高圧印加を行った。その結果、予期しない微細構造が形成された。同微細構造は試料表面から観察するとピラミッドのように見える構造を形成しており、構造の特異性から特に鋭く尖ったダイヤモンドしての応用が期待された。さらにピラミッド状の構造内部は非常に不純物濃度の低いダイヤモンドであることが判明し、同構造形成中に純度の高い結晶が合成される機構が存在することが考えられた。
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Research Products
(7 results)
