2014 Fiscal Year Annual Research Report
生体セラミックスの電子デバイスへの応用：アパタイト薄膜の原子レベル成長制御
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24560019
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| Research Institution | Kinki University |
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Principal Investigator |
西川 博昭 近畿大学, 生物理工学部, 准教授 (50309267)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 結晶工学 / 電子・電気材料 / MBE、エピタキシャル / ハイドロキシアパタイト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は骨組織の主成分Ca10(PO4)6(OH)2（ハイドロキシアパタイト、以下HA）に実用レベルの圧電性を発現させ、HAを表面弾性波フィルタなどの圧電デバイスに応用するための基礎を確立することである。これを実現するためには単結晶ライクなエピタキシャルHA薄膜を作製し、圧電性の起源である電気双極子モーメントを担うOH-基の配向を制御する必要がある。本研究では、パルスレーザ堆積（PLD）法を用いてHA薄膜を作製しているが、PLD法によるHA薄膜成長過程においてターゲットと基板の間に電圧を印加し、これによってOH-基の双極子モーメントを配向させるというのが基本的なアイディアである。また、単結晶ライクなHA薄膜の作製にはAl2O3(001)単結晶基板を用いる。Al2O3(001)面はHA(001)面と格子不整合が0.95 %と小さく、エピタキシャル成長が期待できる。
平成26年度は、HA薄膜の結晶品質を確認するため、X線光電子分光（XPS）を用いて化学組成、特にCa/P比を調べることから着手した。HAはCa/P比が化学量論比から大きくずれてもHA構造を容易に保つことから、OH-基の配向を制御してその状況を詳しく調べる前に、欠陥の少ない理想的な結晶を作製する必要があるためである。XPSによるCa/P比の測定結果は化学量論比10/6 ~ 1.67から大きく外れて約2.0以上であり、多量のP欠損を含むことが分かった。そこで、これを解決するためにPLD法の成膜条件を検討した。その結果、PLD法においてターゲット表面でのエキシマレーザビームの径（スポットサイズ）を大きくすることでCa/P比を大きく改善できることを明らかにした。具体的にはスポットサイズ3.8 mm2でCa/P = 1.72 ± 0.13と最適値が得られた。現在、OH-基の配向制御には至っていないが、PLD法においてこれまであまり注目されていなかったスポットサイズという成膜条件に着目することで、従来よりも格段に高品質なHA薄膜をエピタキシャル成長させることに成功した。
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