2011 Fiscal Year Annual Research Report
自己組織化相分離を経由した酸化物半導体ヘテロナノ構造・界面と伝導性の同時制御
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22656140
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
関野 徹 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20226658)
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| Keywords | セラミックス / ナノ材料 / 表面・界面物性 / 半導体物性 / 自己組織化相分離 / スピノーダル / ナノ構造・界面形成 / 酸化スズ・酸化チタン |
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| Research Abstract |
自己組織化的に二相連続構造が形成されるスピノーダル型相分離セラミックスを基礎に、これらの電気物性・半導体的特性の制御を目的として酸化スズ(SnO_2)一酸化チタン(TiO_2)系の相分離構造化・組織形成機構解明および電気的性質について精査し、以下の知見を得た。
1. 鉄(Fe)を微量添加することでSnO_2-TiO_2系において相分離構造が一段階の反応焼結により生じ、ラメラ組織を伴うスピノーダル相分離構造が形成されることを見いだし、焼結温度・時間およびFe添加量に依存して相分離構造が制御できることが明らかとなった。
2. ラメラ組織発達初期ではSnがTiO_2相へ選択的に拡散することで、粒子内にTiO_2/SnO_2リッチなラメラ相がナノレベルで発達し、温度或いは時間経過によりSn、Ti両元素が相互拡散して1450℃程度で均一な変調構造が発達した。
3. この組織発達は微量Fe固溶によりSnO_2-TiO_2スピノーダル相分離二元系の溶解度ギャップの高温側へのシフト、ならびに構成元素濃度揺らぎの促進により生じることを解明した。
4. 相分離構造の発達により、セラミックスの電気伝導率は上昇することを見いだし、固溶体構造に依存した電気的性質が発現することを確認した。
5. Fe添加した両相を個別に作製したところ、Fe添加量及び焼成雰囲気制御により導電性を制御できることを見いだし、これら制御により、n型およびp型性を示すそれぞれの固溶体が得られることを確認し、本法により相分離構造および半導体的性質を同時に制御したセラミックス創製の基礎的な指針を得た。
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