2016 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of ferroelectric nano-dot and their size effect investigation by scanning probe microscopy.
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16F16018
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
田中 秀和 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (80294130)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
BOROWIAK ALEXIS 大阪大学, 産業科学研究所, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2016-10-07 – 2019-03-31
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| Keywords | プローブ顕微鏡 / ナノドット / ナノピラー / 酸化物 / 誘電体 / 半導体 / PFM / C－AFM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自己組織化的に形成された３次元的機能性酸化物ナノ構造（ナノドット・ナノピラー。ナノワイヤ・ナノリング・コアシェル）に対して、走査型プローブ顕微鏡（ピエゾレスポンス顕微鏡(PFM）電気伝導度評価原子間力顕微鏡（c-AFM）など)により、ナノスケール物性評価を行い、そのナノサイズ効果を明らかにすることを目的とする。自己組織化強誘電体/圧電対BiFeO3ナノドット、圧電体ZnO/半導体NiOナノピラー構造を対象に、超微細3Dテンプレート基板とパルスレーザ蒸着法による自己組織化相分離結晶成長を組み合わせることにより、サイズ・形状が任意に規定されたナノ構造を形成する。得られたナノ構造に対し、その機能物性のサイズ依存性評価を明らかにし、形状設計による物性を制御向上させ、次世代ナノデバイス展開への知見を得る。
今年度は、レーザMBE薄膜成長法により、逐次自己ナノ相分離を進行させることにより、酸化物ナノ構造母相中に形状を制御して成長させる。対象として、特に太陽電池応用が期待されるZnO/NiOナノピラーを選定し、X線構造解析により、両相が良好な結晶性を有して成長していることを確認した。走査型電子顕微鏡により数10nmスケールでナノドット、ナノピラー構造が形成されていることを確認した。さらに原子間力顕微鏡（AFM）をベースとしたピエゾレスポンス顕微鏡(PFM）により、ZnOマトリックス部分が圧電性を有し、NiOピラー部分が非圧電性であること、電気伝導度評価原子間力顕微鏡（c-AFM）により、ZnOマトリックス部分が半導体的、NiOピラー部分が非常に高抵抗であることを明らかにした。
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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
作製したNiOナノピラー構造/ZnOマトリックス構造において、分担者の得意とする走査型プローブ顕微鏡技術をもちいて、10nm級のナノ構造においても、良好な圧電性/電気伝導性を示していることを確認できた。今後のサイズ依存性による物性スケーリング限界の解明につながる基礎データを得ることが出来、次年度以降の基礎が確立したと判断されるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
ナノ構造体の良好な機能を発現させることが重要である。平成２８年度にNiOピラー部分が非常に高抵抗であることを明らかにしている。酸化物ナノ構造の高性能太陽電池応用を視野に入れたとき、ナノ構造界面で大きな起電力を発生させるためには、両相（n型半導体ZnO相とp型半導体NiO相）の電気伝導度が同程度であることが望ましい。ナノ構造成長時の酸素雰囲気を制御することにNiOピラー部分の電気伝導度を低下させ、両相の界面で起電力を発生させることを目指す。その後、(1)初期の結晶核のサイズおよび成長モードがナノピラーの直径（D）に寄与すると考えられる為、結晶成長温度を重点的に系統的に変化させる。ZnO/NiOナノピラー系において生成サイズ限界と界面物性（整流特性)を評価し、光起電力デバイスの性能限界と高性能化に関する知見を得る。さらにその知見を、BiFeO3系ナノドット系に展開し、強誘電性のサイズ限界を明らかにし超高集積強誘電体メモリの性能限界を解明へとつなげる。
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| Remarks |
http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/bis/
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Research Products
(1 results)
