Crystal growth mechanism and electrical transport properties of energy-related functional multinary materials

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04909
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30010:Crystal engineering-related
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: Miyakawa Nobuaki 東京理科大学, 先進工学部物理工学科, 教授 (20246680)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: InGaO3(ZnO)n / 加圧式光学フローティング法 / 大型バルク単結晶 / 異方的電気伝導 / 酸素アニール効果 / Ni系酸化物超伝導体薄膜合成 / 金属有機化合物分解法（MOD法）

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to elucidate the crystal growth conditions and physical properties of several materials of interest that could contribute to energy problems. In particular, we focused on transparent conducting oxides (InGaO3)m(ZnO)n (=IGZO-mn), whose bulk properties remain unresolved due to the difficulty of growing large single crystals, and investigated the growth conditions and transport properties of these large single crystals in detail. As a result, we succeeded in growing large single crystals of not only a series of IGZO-mn but also related materials by the pressurized floating zone method for the first time, and clarified that this method is an effective single crystal growth method for multi-component compounds containing high vapor pressure elements. In addition, we were able to clearly demonstrate the bulk physical properties of these materials.

Free Research Field

機能性材料/結晶成長

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

エネルギー問題に貢献しうる物質の育成法を確立しその物性解明をすることは、エネルギー資源枯渇問題解決に重要な課題となっている。本研究は、大型単結晶育成は不可能と思われていた(InGaO3)m(ZnO)nのバルク単結晶育成法を確立し、その電気伝導度がZnO層数に依存し大きな異方性があることを明らかにした点で学術的意義がある。大型単結晶育成が可能になったことにより、今後この基板を利用したデバイス応用につながるため社会的意義がある。
また近年注目されている物質合成法が十分に確立されていないNi系酸化物超伝導体の簡易的な薄膜育成法の確立を目指し、スピンコート法によるその前駆体物質の育成条件を確立した。