2018 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of growth mechanism of single-crystalline thin film on single-crystalline substrate with different crystal orientation
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16H04545
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
土井 俊哉 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (30315395)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
一瀬 中 一般財団法人電力中央研究所, 電力技術研究所, 上席研究員 (70371284)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 結晶育成・成長 / エピタキシャル成長 / 鉄基板 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、{110}<001>集合組織Fe-Si合金基板上に、パルスレーザー蒸着法を用いて格子定数の異なるYSZ薄膜を非常に薄く成長させ、基板とどのような方位関係の結晶粒（結晶核）が生成しているかをX線回折測定、電子線後方散乱回折法（EBSD法）およびTEMによる観察によって調べた。
{110}<001>集合組織Fe-Si合金基板上に、室温で立方晶が安定である組成の範囲で、イットリア組成を変化させることで異なる格子定数を有するYSZ薄膜を作製した。それらの薄膜と{110}<001>集合組織Fe-Si合金基板との結晶方位関係、微細組織、膜厚方向の結晶粒の成長状態などを調べた。{110}<001>集合組織Fe-Si合金基板上に成膜初期に生成する結晶核はいずれも(001)結晶核で、イットリア組成（格子定数）による違いは無いことが分かった。また、何れの組成（格子定数）の薄膜試料においても、その結晶核から結晶が成長し、最終的に得られる薄膜はいずれも (110)Fe//(100)YSZかつ[001]Fe//[011]YSZの方位関係を持って成長した(001)結晶粒であった。
また基板温度を700～800℃の範囲で変化させてYSZ薄膜を作製した。基板温度が700～750℃の範囲では結晶配向状態が悪く、760～800℃以上の基板温度で成長させた場合のみ、良好に2軸配向した(001)結晶粒のみで構成されるYSZ薄膜が得られた。
また{110}<001>集合組織Fe-Si合金基板上にYSZを成長させた後、その上に結晶構造YSZより格子定数が大きくペロブスカイト構造のSrTiO3、YSZより格子定数が大きくペ蛍石構造のCeO2のエピタキシャル成長を試みた。いずれも広い基板温度の条件でエピタキシャル成長することが確認できた。
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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
CSZとYSZで、これまでに大きく結果が異なることは予想外の結果であった。しかしながら、この予想外の結果は、不整合ヘテロエピタキシャルの成長メカニズム解明への大きな突破口を与えるきっかけとなる可能性があるので、じっくりと実験データの蓄積を行うと同時に、深い考察を行いたい。また、イットリア組成を変化させることで格子定数の異なるYSZ薄膜をFe基板上に作製したが、こちらも予想に反してFe基板上に成長するYSZ結晶の方位は変化しなかった。現在の所、色々なパラメータを変化させて基礎的なデータ収集を行っているが、成長メカニズムはそれほど単純ではないことが分かりつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、基板をFeだけでなく、Agなどの他の金属単結晶、集合組織テープなども用いて、幅広いデータの収集を進める。
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