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2023 Fiscal Year Annual Research Report

励起子トランジスタの創成と励起子輸送の学理探求:情報担体へ進化する励起子

Research Project

Project/Area Number 21H01372
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

板垣 奈穂  九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (60579100)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 白谷 正治  九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (90206293)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords励起子トランジスタ / スパッタリング / ZION / 結晶成長
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、光―電気信号変換器としての励起子トランジスタを、代表者が開発した新材料 ZIONにより実現するとともに,現在ブラックボックスとなっている励起子輸送の機構解明を行うことを目的とした.実用化に耐え得る励起子トランジスタ実現のためには,当然,デバイスグレードの材料を用意する必要がある.本研究では,励起子研究の初期段階としてまずは高品質プロセス技術の確立が重要との思想のもと,高精度フラックス制御を用いたスパッタエピタキシー法を開発するとともに,励起子輸送については,外場がない場合の拡散過程からそのメカニズム解明に着手した.成果としては,ターゲットからの各種原子の蒸発レート、基板の面極性、表面モフォロジ―、基板温度、等各種キーパラメータの精密制御により,①原子レベルで急峻なZION/ZnOヘテロ界面の形成,②ZION/ZnO 歪量子井戸の形成,③励起子トランジスタにおけるゲートへの光照射によるスイッチング,という目標を達成した.さらに、当初の目標であった、10^17 cm^-3以下の低残留キャリア密度も実現した。これはデバイス実用化に向けた大きな成果と言える。励起子の拡散機構については,電気極性ならびに質量の異なる粒子が同方向に移動する「プラズマ中での両極性拡散」に着目し,この物理が励起子の拡散過程に適用可能かの検証を行った.その結果,ZION中では,伝導帯の電子有効質量が価電子帯の正孔有効質量に比べ小さく,外場が存在しない場合,両極性拡散における粒子輸送に類似したキャリア輸送が行われていることが分かった.

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (20 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Fraunhofer Institute/Group Manager/Dr. Alexander Hinz(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Fraunhofer Institute/Group Manager/Dr. Alexander Hinz
  • [Journal Article] Prediction by a hybrid machine learning model for high-mobility amorphous In2O3: Sn films fabricated by RF plasma sputtering deposition using a nitrogen-mediated amorphization method2023

    • Author(s)
      Kamataki Kunihiro、Ohtomo Hirohi、Itagaki Naho、Lesly Chawarambawa Fadzai、Yamashita Daisuke、Okumura Takamasa、Yamashita Naoto、Koga Kazunori、Shiratani Masaharu
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 134 Pages: 163301-1~11

    • DOI

      10.1063/5.0160228

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Control of inhomogeneity and magnetic properties of ZnO:Co films grown by magnetron sputtering using nitrogen2023

    • Author(s)
      Agusutrisno M.N.、Narishige Ryota、Kamataki Kunihiro、Okumura Takamasa、Itagaki Naho、Koga Kazunori、Shiratani Masaharu、Yamashita Naoto
    • Journal Title

      Materials Science in Semiconductor Processing

      Volume: 162 Pages: 107503~107503

    • DOI

      10.1016/j.mssp.2023.107503

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Sputtering deposition of low resistive 30-nm-thick ZnO:Al films on seed layers grown via solid phase crystallization of fractionally crystallized ZnON films2024

    • Author(s)
      Y. Wada, S. Zhiyuan, H. Yabuta, N. Yamashita, T. Okumura, K. Kamataki, H. Kiyama, K. Koga, M. Shiratani, N. Itagaki
    • Organizer
      ISPlasma
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スパッタだからできる薄膜の結晶性・モフォロジー制御2023

    • Author(s)
      板垣奈穂
    • Organizer
      化学工学会第54回秋季大会
    • Invited
  • [Presentation] Fabrication of ZnO based transparent conducting oxides by sputtering combined with solid phase crystallization : a way to meet the future demand for transparent electrodes2023

    • Author(s)
      N. Itagaki, Y. Wada, H. Yabuta, M. Shiratani
    • Organizer
      AAPPS-DPP2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fabrication of ZnO Based Transparent Conducting Oxide as an Alternative to In2O3:Sn by Sputtering Combined with Solid Phase Crystallization2023

    • Author(s)
      N. Itagaki, Z. Shen, Y. Wada, H. Yabuta, N. Yamashita, T. Okumura, K. Kamataki, K. Koga, M. Shiratani
    • Organizer
      MRM2023/IUMRS-ICA2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 逆 Stranski-Krastanov モードを利用した異なるオフ角を有するサファイア基板上への(ZnO)x(InN)1-x 膜の成長2023

    • Author(s)
      中野祐太郎,成重椋太,山下尚人,鎌滝晋礼,奥村賢直,古閑一憲,白谷正治,木山治樹,板垣奈穂
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第27回 支部大会
  • [Presentation] 逆 Stranski-Krastanov モードによるサファイア基板上への(ZnO)x(InN)1-x 膜のエピタキシャル成長:バッファー層のモフォロジーの影響2023

    • Author(s)
      畑昌太朗,中野祐太郎,成重椋太,山下尚人,鎌滝晋礼,奥村賢直,古閑一憲,白谷正治,木山治樹,板垣奈穂
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第27回 支部大会
  • [Presentation] Sputtering deposition of single crystalline ZnO films on sapphire substrates via inverted Stranski-Krastanov mode: effects of thickness of 3D island buffer layer2023

    • Author(s)
      H. Otsuyama, R. Mitsuishi, T. Yunoue, K. Yataka, N. Yamashita, T. Okumura, K. Kamataki, K. Koga, M. Shiratani, N. Itagaki
    • Organizer
      2023年(令和5年度)応用物理学会九州支部学術講演会 / The 8th Asian Applied Physics Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 逆Stranski-Krastanovモードによる格子不整合基板上への原子平坦 (ZnO)x(InN)1-x 膜の成長2023

    • Author(s)
      中野祐太郎, 成重椋太, 山下尚人, 鎌滝晋礼, 奥村賢直, 古閑一憲, 白谷正治, 木山治樹, 薮田久人, 板垣奈穂
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] ZnOおよびScAlMgO4ステップ基板上への(ZnO)x(InN)1-x膜の室温エピタキシャル成長2023

    • Author(s)
      成重椋太, 中野祐太朗, 山下尚人, 鎌滝晋礼, 奥村賢直, 木山治樹, 古閑一憲, 白谷正治, 薮田久人, 板垣奈穂
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] サファイア基板上への原子ステップを有するZn1-xMgxO薄膜の形成:3次元島バッファー層の形成温度の影響2023

    • Author(s)
      矢高功太郎, 湯上貴文, 山下尚人, 奥村賢直, 鎌滝晋礼, 古閑一憲, 白谷正治, 板垣奈穂
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 逆Stranski-Krastanovモードを用いたサファイア基板上へのZnO単結晶膜成長:MgOバッファー層の効果2023

    • Author(s)
      湯上貴文, 矢高功太郎, 山下尚人, 山下大輔, 奥村賢直, 鎌滝晋礼, 木山治樹, 古閑一憲, 白谷正治, 板垣奈穂
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] ZnON膜からの固相結晶化ZnO膜の形成と透明導電膜シード層としての効果:ZnON膜の結晶化度の影響2023

    • Author(s)
      和田義晴, 沈志遠, 薮田久人, 山下尚人, 奥村賢直, 鎌滝晋礼, 古閑一憲, 白谷正治, 板垣奈穂
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Sputter epitaxy of atomically flat (ZnO)x(InN)1-x films on sapphire substrates using ZnO(N) buffer layers fabricated by Ar/N2 discharges2023

    • Author(s)
      Y. Nakano, R. Narishige, N. Yamashita, T. Okumura, K. Kamataki, K. Koga, M. Shiratani, N. Itagaki
    • Organizer
      ICPIG2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sputter deposition of low resistive 30-nm-thick ZnO:Al films using ZnO seed layers grown via solid-phase crystallization2023

    • Author(s)
      Y. Wada, Z. Shen, H. Yabuta, N. Yamashita, T. Okumura, K. Kamataki, H. Kiyama, K. Koga, M. Shiratani, N. Itagaki
    • Organizer
      ICPIG2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Pseudomorphic growth of (ZnO)x(InN)1-x films on ZnO substrates by magnetron sputtering using Ar/N2/O2 discharges2023

    • Author(s)
      R. Narishige, Y. Nakano, N. Yamashita, K. Kamataki, T. Okumura, H. Kiyama, K. Koga, M. Shiratani, H. Yabuta, N. Itagaki
    • Organizer
      ICPIG2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sputter epitaxy of Zn1-xMgxO films on lattice-mismatched sapphire substrates utilizing ZnO(N)/MgO buffer layers fabricated by Ar/N2 and Ar/O2 discharges2023

    • Author(s)
      T. Yunoue, K. Yataka, N. Yamashita, D. Yamashita, T. Okumura, K. Kamataki, H. Kiyama, K. Koga, M. Shiratani, H. Yabuta, N. Itagaki
    • Organizer
      ICPIG2023
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 九州大学 板垣研究室Website

    • URL

      https://plasma.ed.kyushu-u.ac.jp/~inorganic/index.html

URL: 

Published: 2024-12-25  

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