電子機能材料としての遷移金属酸窒化物の開拓

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24760005
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 廣瀬 靖 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (50399557)
• Keywords: 酸窒化物 / エピタキシャル薄膜 / エレクトロニクス / 強誘電体 / 半導体

Research Abstract

【H25年度の成果】①d0バンド絶縁体をベースとした強誘電体の開発については、PFMを用いてSrTaO2N薄膜の強誘電性の空間分布を詳細に評価した。その結果、ヴァージン状態では数10nmサイズのドメインのみが圧電応答を示し、周囲のマトリクス領域は電場によって圧電応答が誘起されるリラクサー的な挙動を示すことを見出した。第一原理計算を用いてエピタキシャル歪みと結晶構造の安定性を調べた結果、リラクサー的挙動を示すcis型のマトリクス中に、trans型の強誘電相が共存していることが示唆された。②d0バンド絶縁体へのキャリア導入については、高移動度のn型半導体であるアナターゼ型TaON薄膜の合成に成功した。③酸窒化物強誘電体の合成については、固相エピタキシー法を用いてLa0.75Sr0.25MnO2.64N0.36薄膜の合成に成功し、酸化物薄膜よりも高いキュリー温度を示すことを明らかにした。
【期間全体を通じた研究成果】遷移金属酸窒化物を対象として、高品質なエピタキシャル薄膜の合成による①強誘電体、②半導体、③強磁性体の開発を目的に掲げた。並行して、薄膜中のOとNを確度・精度よく定量可能な重イオンERDA測定装置も構築した。①強誘電体については、SrTaO2Nのエピタキシャル薄膜中に古典的な強誘電性とリラクサー的な強誘電性を示す相の共存を見出した。理論計算との比較から、歪みの大きな微小領域でtrans型のOとNの配列が安定化される可能性が示唆された。②半導体については、SrTaO2NおよびアナターゼTaONが、アニオン空孔によって電子をドープすると金属(縮退半導体)化できることを示した。③強磁性体については、LaSrMnO3-xNxの強誘電性を確認し、キュリー温度が酸化物より高いことを見出した。以上より、遷移金属酸窒化物の電子機能材料としてのポテンシャルを明確に示すことができた。

Research Products

• [Journal Article] Heteroepitaxial growth of perovskite CaTaO2N thin films by nitrogen plasma-assisted pulsed laser deposition (2014)
  • Author(s): Daichi Oka, Yasushi Hirose, Tomoteru Fukumura, and Tetsuya Hasegawa
  • Journal Title: Crystal Growth & Design Volume: 14 Pages: 87-90
  • DOI: 10.1021/cg401176j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-Mobility Electron Conduction in Oxynitride: Anatase TaON (2013)
  • Author(s): Atsushi Suzuki, Yasushi Hirose, Daichi Oka, Shoichiro Nakao, Tomoteru Fukumura, Satoshi Ishii, Kimikazu Sasa, Hiroyuki Matsuzaki, and Tetsuya Hasegawa
  • Journal Title: Chemistry of Materials Volume: 26 Pages: 976-981
  • DOI: 10.1021/cm402720d
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Nb系ペロブスカイト型酸窒化物薄膜の電気輸送特性 (2014)
  • Author(s): 岡大地，廣瀬靖，中尾祥一郎，福村知昭，長谷川哲也
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県)
  • Year and Date: 20140317-20140320
• [Presentation] アナターゼ型TixTa1-xO1+yN1-z薄膜のエピタキシャル成長 (2013)
  • Author(s): 鈴木温，廣瀬靖，岡大地，中尾祥一郎，松崎浩之，福谷克之，石井聡，笹公和，関場大一郎，福村知昭，長谷川哲也
  • Organizer: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス(京都府)
  • Year and Date: 20130916-20130920
• [Presentation] Dielectric Properties of d0 Perovskite Oxynitride ATaO2 N Epitaxial Thin Films (2013)
  • Author(s): Daichi Oka, Yasushi Hirose, Hideyuki Kamisaka, Tomoteru Fukumura, Seiji Ito, Akira Morita, Hiroyuki Matsuzaki, Katsuyuki Fukutani, Satoshi Ishii, Kimikazu Sasa, Daiichiro Sekiba, Tetsuya Hasegawa
  • Organizer: E-MRS 2013 SPRING MEETING
  • Place of Presentation: Congress Center - Strasbourg, France
  • Year and Date: 20130527-20130531
• [Presentation] Optical and electrical transport properties of anatase TaON epitaxial thin film (2013)
  • Author(s): A. Suzuki, Y. Hirose, D. Oka, S. Nakao, H. Matsuzaki, K. Fukutani, S. Ishii, K. Sasa, D. Sekiba, T. Fukumura, T. Hasegawa
  • Organizer: E-MRS 2013 SPRING MEETING
  • Place of Presentation: Congress Center - Strasbourg, France
  • Year and Date: 20130527-20130531
• [Presentation] A Novel High Mobility Oxynitride Semiconductor: Anatase TaON Epitaxial Thin Film (2013)
  • Author(s): Atsushi Suzuki, Yasushi Hirose, Daichi Oka, Shoichiro Nakao, Hiroyuki Matsuzaki, Katsuyuki Fukutani, Satoshi Ishii, Kimikazu Sasa, Daiichiro Sekiba, Tomoteru Fukumura, and Tetsuya Hasegawa
  • Organizer: 8th International Symposium on Transparent Oxide and Related Materials for Electronics and Optics
  • Place of Presentation: International Conference Center, Waseda University, Tokyo, Japan
  • Year and Date: 20130513-20130515
• [Remarks] 東京大学大学院理学系研究科 プレスリリース
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2013/50.html