2020 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 | 2軸結晶配向 / ヘテロエピタキシャル / 不整合ヘテロエピタキシャル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までの研究で{110}<001>集合組織4％Si-Fe合金基材上にYSZ、CSZ薄膜を成長させる場合、基材と薄膜界面にわずかに生成するSiO2層が成長薄膜の核生成、つまり成長薄膜の結晶方位に大きな影響を与えていることが分かった。本年度は昨年度後半から取り組みを開始した基材と成長薄膜の間に反応層が形成されないと考えられる系について、実験を行った。冷間圧延と熱処理によって、{110}<110>集合組織集合組織を有するAgテープを作製し、その上にパルスレーザー蒸着法によってYBa2Cu3O7薄膜を作製した。
成膜温度を750～770℃とした時に、単結晶的に2軸配向したYBa2Cu3O7薄膜が得られ、760℃とした時に最も高い2軸配向度が得られることが分かった。配向方位の関係は、(110)Ag//(001) YBa2Cu3O7かつ[110] Ag //[100] YBa2Cu3O7であった（YBa2Cu3O7は結晶成長温度では正方晶）。Agの格子定数は0.40862 nm、YBa2Cu3O7の格子定数はa=0.383, b=0.389, c=0.1167nm であることから格子ミスマッチはかなり大きい。また、単結晶的なYBa2Cu3O7薄膜を成長させる場合、通常はSrTiO3単結晶の(100)面を使うことが多いが、我々の成膜装置でSrTiO3単結晶上にYBa2Cu3O7薄膜を作製したところ、最適な成膜温度は790℃であった。最適な基板温度が基材によって30℃も異なる理由は現時点では不明であるが、基材が金属であるか、酸化物であるかの違いが影響していると考えられる。
不整合エピタキシャル成長が起こる条件は、基板表面原子の配列と成長薄膜間の原子配列や、格子ミスマッチのみでは説明することができず、界面での反応など複雑な要因が絡んでいるものと推測される。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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