2020 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanism Clarification for Creation of Functional Nanostructures through Control of Stress Fields
| Project/Area Number |
19F19375
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
巨 陽 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60312609)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
CUI YI 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-11-08 – 2022-03-31
|
| Keywords | ナノ空間構造体 / 応力場制御 / 原子拡散 / 金属ナノワイヤ / 半導体のナノ構造体 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、革新的な応力集中および酸化プロセス制御手法を利用した高秩序・高品質・高密度なナノ空間構造体の作製手法を確立するため、応力場における原子の拡散及び表面酸化現象を解明することにより、ナノ空間構造体の生成メカニズムを系統的に解明することを目的としている。さらに、ナノワイヤとナノ構造体の成長機構を解明することにより、金属ナノワイヤと半導体ナノ構造体の形状・寸法・密度・面積の高度制御を実現し、高透過率かつ高導電性を有するフレキシブル透明導電膜及び、低コストかつ高変換効率を有する太陽光水素製造デバイスの創製を実現する。
本年度は以下の研究成果を得た。
半導体のナノ構造体成長における応力の役割の解明： 半導体のナノ構造体を作製する応力酸化誘導法では、高温状態においてFe基板表面に酸化膜が形成され、表面酸化膜の体積膨張効果によりFe基板内で厚さ方向に応力勾配が形成される。この応力勾配は金属原子拡散の駆動力であり、高密度半導体のナノ構造体の生成の要因と考えられていたが、酸化物の形成により発生するFe原子の欠損が金属原子拡散に及ぼす影響が考慮されていない。本研究では、TEM観察により原子の拡散を実験的に解析するとともに、数値シミュレーションにより表面粗さ、残留応力、結晶構造、転位、原子密度が高密度Fe2O3ナノ構造体の成長に及ぼす影響を明らかにした。さらに、実験と計算の融合により高密度半導体ナノ構造体の成長機構を明らかにした。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
予定されていた本年度の研究計画が順調に実施されており、 来年度の研究計画であるFe2O3ナノ構造体による高変換率太陽光水分解水素製造に既に成功している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
高密度金属ナノワイヤおよび半導体ナノ構造体の実現
ナノワイヤとナノ構造体の成長機構に基づき、金属ナノワイヤと半導体ナノ構造体の形状・寸法・密度・面積の高度制御を実現する。また、フレキシブル基板上に粘着性薄膜をコーティングし、Al/Si基板上に作製した高密度単結晶Alナノワイヤアレイをフレキシブル基板上に転写する。さらに保護薄膜を蒸着することにより、高強度、高導電性のフレキシブル透明導電膜を実現する。一方、３次元Fe2O3ナノ空間構造体配列の形状、位置、空間空隙を高秩序で制御し、超高変換効率を実現した太陽光水素分解素子を開発する。また、表面修飾することにより長い耐久性を有する超高効率な太陽光水素製造デバイスを実現する。
|
