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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Physical properties of isotope diamond looking for further light element materials

Research Project

Project/Area Number 16H03861
Research InstitutionKwansei Gakuin University

Principal Investigator

鹿田 真一  関西学院大学, 理工学部, 教授 (00415689)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 寺地 徳之  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主席研究員 (50332747)
石井 良太  京都大学, 工学研究科, 助教 (60737047)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywordsダイヤモンド / 同位体 / 軽元素 / 電気・電子
Outline of Annual Research Achievements

同位体制御した結晶材料は、シリコンでは材料物性そのものは不変であるが、ダイヤモンドで12C純化した結晶は物質中最高の熱伝導がさらに1.5倍になるなど、「別物質」のような物性を有する。本研究では弾性・熱、光学、電子・量子に関して、物性そのものにフォーカスして計測・解析を行い、同位体制御の効果が物性に及ぼす影響を研究している。「ありふれた軽元素から極めて有用な物質創生」を視野に、同位体に関する知見を得ることを目的として研究を進めた。
同位体制御合成に関しては、昨年度見出した高品質ダイヤモンド成長条件を用いて、12C(99.95%)の自立結晶の成長に成功した。また13Cと12Cとの存在比を意図的に制御した結晶を、0.1mm以上の厚みで作製することに成功した。
弾性・熱物性に関して、格子定数、弾性定数精密計測の展開として、最近の注目材料である高濃度ドープダイヤモンドの計測を行った。電気抵抗率が1015変化するのに対し、弾性定数はC11で-0.42%の変化に留まるなど、興味深い知見が得られた。
光学物性に関して、深紫外CWレーザーを用いた極低温下フォトルミネッセンス(PL)測定により、12Cと13Cの励起子(エキシトン)発光を評価した。その結果、ダイヤモンドのフォノンおよびエキシトンに対する同位体効果を精密に定量することに成功した。
電気電子物性計測用に、12C層のみ、13C層のみの厚膜エピタキシャル層および、60nm超薄膜の積層構造を形成した。スウェーデンのウプサラ大学において、飛行時間法(Time of flight)によるキャリア移動に関する実験を実施した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (11 results)

All 2019 2018

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Dislocation analysis of homoepitaxial diamond (001) film grown with oxygen feeding by synchrotron radiation light X-ray topography2019

    • Author(s)
      S.Shikata, Y. Matsuyama, and T.Teraji
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 58 Pages: 045503-1~6

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab0541

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Precise measurements of diamond lattice constant2018

    • Author(s)
      S.Shikata, T.Tanno, T.Teraji, H.Kanda, T.Yamada and J.Kushibiki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 57 Pages: 111301-1~5

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.111301

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Isotopic effects on phonons and excitons in diamond studied by deep-ultraviolet continuous-wave photoluminescence spectroscopy2018

    • Author(s)
      R. Ishii, S. Shikata, T.Teraji, H.Kanda, H. Watanabe, M. Funato, and Y. Kawakami
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 58 Pages: 010904-1~5

    • DOI

      10.7567/1347-4065/aaef3e/meta

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 高品質・高純度ダイヤモンド結晶の化学気相成長2018

    • Author(s)
      寺地徳之
    • Journal Title

      日本結晶成長学会誌

      Volume: 45 Pages: 45-3-02-1~9

    • DOI

      10.19009/jjacg.33-45-3-02

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ピコ秒レーザー超音波スペクトロスコピーによる高濃度Bドープダイヤモンドの弾性定数測定2019

    • Author(s)
      鹿田真一、長久保白、荻博次
    • Organizer
      第66回応用物理学会 春季学術講演会
  • [Presentation] Thick Homoepitaxial Layer Growth - A New Approach to Obtain Desired Substrates2018

    • Author(s)
      T.Teraji
    • Organizer
      New Diamond and Nano Carbons
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 超高純度・高品質ダイヤモンド結晶の化学気相成長-パワーデバイス・量子デバイスへの応用を目指して2018

    • Author(s)
      寺地徳之
    • Organizer
      日本結晶成長学会 第103回バルク成長分科会研究会
    • Invited
  • [Presentation] ダイヤモンドエピ薄膜の転位の解析2018

    • Author(s)
      鹿田真一,松山悠夏,寺地徳之
    • Organizer
      応用物理学会 第79回秋季学術講演会
  • [Presentation] XRTによるダイヤモンドp+ HPHT結晶中の転位と積層欠陥の観察2018

    • Author(s)
      明石 直也,鹿田 真一
    • Organizer
      応用物理学会 第79回秋季学術講演会
  • [Presentation] XRTによるダイヤモンドp+ HPHT 結晶中の転位と積層欠陥2018

    • Author(s)
      明石 直也,鹿田 真一
    • Organizer
      応用物理学会 先進パワーエレクトロニクス分科会 第5回講演会
  • [Presentation] 量子センシングデバイスを目指したダイヤモンド結晶成長2018

    • Author(s)
      寺地徳之
    • Organizer
      平成30年度磁性材料研究会
    • Invited

URL: 

Published: 2019-12-27  

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