巨大同位体効果にもとづくダイヤモンド半導体中のフォノンと電子物性に関する研究

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21360155
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 渡邊 幸志 独立行政法人産業技術総合研究所, ダイヤモンド研究ラボ, 主任研究員 (50392684)
• Keywords: ダイヤモンド / 同位体 / 超格子 / バンドエンジニアリング / カソードルミネッセンス / ラマン散乱 / 摩擦 / 弾性率

Research Abstract

本年度は本研究最終年度である。ここでは、昨年度達成した同位体ダイヤモンドによる超長周期超格子試料と高純度同位体ダイヤモンドをベースに、本研究を総括しさらに新たな応用展開へつなげて行く事が可能な基礎物性値を取得し、新しい機能性材料としての応用の可能性や物性値を提案する。また、ダイヤモンド同位体工学としての新たな研究分野の開拓につなげるための将来シナリオを検討することを目指す。具体的には下記の物性値の取得及び検証を実施した。結果は下記の通りである。
(1)摩擦係数の取得
摩擦現象の理論モデル検証の成功に貢献。それにより新規物性値の獲得と特許の出願を実施した。
(2)弾性定数の取得
ブリユアン振動による同位体ダイヤモンド膜の音響特性の評価より弾性率の定量評価を実施した。定量値に関しては現在再現性を含めた研究を継続中。
(3)超格子同位体ダイヤモンドにおけるフォノンモードのシミュレーション
新しい超格子モードによるフォノンを観測しPlanar bond-charge modelによる解析からフォノンが12Cだけに局在するモード、またはその逆に13Cだけに局在するモードがあることがわかった。フォノンエンジニアリングにつながる成果となる。
(4)ドーピング超格子同位体ダイヤモンドにおけるキャリア移動度の評価
移動度4173cm2/Vs at 150Kを達成。この移動度は現在までに報告されている中で最高値を示す。同位体ダイヤモンドの方向性の一つを示唆する。

Research Products

• [Journal Article] Optical and Spin Coherence Properties of Nitrogen-Vacancy Centers Placed in a 100nm Thick Isotopically Purified Diamond Layer (2012)
  • Author(s): Toyofumi Ishikawa, Kai-Mei C. Fu, Charles Santori, Victor M. Acosta, Raymond G. Beausoleil, Hideyuki Watanabe, Shinichi Shikata, Kohei M. Itoh
  • Journal Title: Nano Lett. Volume: 12 Pages: 2083-2087
  • DOI: 10.1021/n1300350r
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superlattice structures from diamond (2011)
  • Author(s): H. Watanabe and S. Shikata
  • Journal Title: Diamond and Related Materials Volume: 20 Pages: 980-982
  • DOI: DOI:10.1016/j.diamond.2011.05.015
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 同位体ダイヤモンド超格子のラマン散乱 (2012)
  • Author(s): 渡邊幸志、富田卓朗、中島信一、加藤有香子、鹿田真一
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京)
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] 同位体ダイヤモンド超格子からのラマン散乱 (2011)
  • Author(s): 渡邊幸志、富田卓朗、中島信一、加藤有香子、鹿田真一
  • Organizer: 第25回 ダイヤモンドシンポジウム
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所(茨城)
  • Year and Date: 2011-12-07
• [Presentation] オフ角制御高圧高温合成IIa型基板上へのCVD単結晶ダイヤモンドの合成と電荷収集効率およびμτ積の測定 (2011)
  • Author(s): 今野雄太, 金子純一, 佐竹良太, 後藤拓人, 西紀彦, 藤田文行, 渡邊幸志, 茶谷原昭義, 梅澤仁, 坪内信輝, 鹿田真一, 磯辺光孝
  • Organizer: 日本原子力学会2011年秋の大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場(福岡)
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] Single NV centers in isotopically control led diamond films (2011)
  • Author(s): K. M. Itoh, T. Ishikawa, K. -M. C. Fu, C. Santori, P. E. Barclay, R. G. Beausoleil, R. Hirano, M. Tajima, H. Watanabe, S. Shikata
  • Organizer: 22nd European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes and Nitrides
  • Place of Presentation: Gamisch-Partenkirchen, Bavaria, Gemany
  • Year and Date: 2011-09-05
• [Presentation] 究極の半導体材料:ダイヤモンド (2011)
  • Author(s): 渡邊幸志
  • Organizer: VACUUM2011真空展
  • Place of Presentation: 東京ビッグサイト(東京)
  • Year and Date: 2011-08-31
• [Presentation] Nitrogen-vacancy centers in an isotopically controlled 12C diamond layer (2011)
  • Author(s): T. Ishikawa, K. -M. C. Fu, C. Santori, H. Watanabe, R. G. Beausoleil, S. Shikata, K. M. Itoh
  • Organizer: 6th International School and Conference on Spintronics and Quntum Information Technology
  • Place of Presentation: Matsue, Japan
  • Year and Date: 2011-08-05
• [Presentation] Luminescence behavior of nitrogen-doped homoepitaxial single crystal diamond by microwave plasma-assisted (2011)
  • Author(s): H. Watanabe, R. Hirano, K. Itoh, M. Tajima, S. Shikata
  • Organizer: International Conference on New Diamond and Nano Carbons 2011
  • Place of Presentation: Matsue, Japan
  • Year and Date: 2011-05-19
• [Presentation] Influence of Growth Conditions on Charge Carrier Transport Characteristics and Measurement of 14 MeV Neutron Response Function Influence of Growth Conditions on Charge Carrier Transport Characteristics and Measurement of 14 MeV Neutron Response Function (2011)
  • Author(s): F. Fujita, J. Kaneko, N. Tsubouchi, A. Kakimoto, K. Sato, Y. Konno, A. Chayahara, Y. Mokuno, H. Watanabe, S. Shikata, S. Sato.
  • Organizer: International Conference on New Diamond and Nano Carbons 2011
  • Place of Presentation: Matsue, Japan
  • Year and Date: 2011-05-19
• [Presentation] Growth and evaluation of self-standing CVD diamond single crystals on off-axis (001) surface of HP/HT type IIa substrates (2011)
  • Author(s): J. Kaneko, F. Fujita, Y. Konno, T. Gotoh, N. Nishi, H. Watanabe, A. Chayahara, H. Umezawa, N. Tsubouchi, S. Shikata, M. Isobe
  • Organizer: International Conference on New Diamond and Nano Carbons 2011
  • Place of Presentation: Matsue, Japan
  • Year and Date: 2011-05-17