2013 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ炭素物質と無機半導体からなる複合構造におけるナノ界面物性の解明
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25246010
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
岡田 晋 筑波大学, 数理物質系, 教授 (70302388)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 貴博 東京理科大学, 工学部, 講師 (30408695)
松田 一成 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (40311435)
西永 慈郎 早稲田大学, 付置研究所, 准教授 (90454058)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | ナノ材料 / ナノチューブ・フラーレン / 表面・界面 / 半導体 |
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| Research Abstract |
フラーレンと無機半導体複合構造中に形成される、ナノスケールかつ低次元界面の物性解明と、それに根ざした新奇機能ナノデバイスの物質設計を行うために、１）フラーレン添加GaAsの合成、２）フラーレン添加GaAs、Siの安定な界面構造探索、3)有機-無機界面熱物性探索の予備知見の蓄積、４）有機-無機ハイブリッド系の光物性の予備実験を行った。
１）フラーレン添加GaAsの合成：フラーレン添加GaAs結晶成長とその物性評価を行った。AlGaAs/GaAsヘテロ界面に形成される2次元電子ガス近傍にC60分子を添加したところ、C60分子によって電子がトラップされ、高抵抗となった。その後、光を入射させると電子トラップから電子が励起され、高移動度の電子チャネルが形成されることを見出した。この現象はon/off比の高い光スイッチとして応用できる。
２）フラーレン添加GaAs、Siの安定な界面構造探索：第一原理電子状態計算の手法を用いて、C60が添加されたバルクGaAs、バルクシリコンの構造と電子物性の探索を行った。その結果、界面において両者の電子状態が強く混成し非常に複雑な界面状態を形成することが明らかになった。
３）有機-無機界面熱物性探索の予備知見の蓄積：有機-無機ハイブリッド系の熱物性の基礎データの収集のために、様々な無機材料の電気伝導、熱伝導、熱電変換のシミュレーションを実施し、ナノカーボン材料が熱電変換材料として有望であることを見出した。
４）有機-無機ハイブリッド系の光物性の予備実験：有機-無機ハイブリッド系の光物性の開拓に向けて、様々な
無機物質の顕微分光測定・時間分解測定を行った。その結果、ナノカーボン物質などにおいて、発光効率の大幅な向上などの知見を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本課題の採択通知が６月であり、研究着手が３ヶ月弱遅れた。その為に、幾つかのテーマに於いては当初予定していた目標を達成するに至っていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に引き続き、GaAs,AlInP等へC60 がドープされた複合構造体の物性解明を理論、 実験の両面から遂行し、0次元ナノ界面物性科学の創成につながる基礎的な物性に関する知見の蓄積を行う。また、一連のC60/半導体複合構造体に対して、特に光 学特性に着目し、その物性をミクロスコピックに評価する。さらに、複合系の吸収・発光 特性や光電変換の分光感度特性の評価を理論、実験の両面から遂行する。
光学特性に対する知見を基に、C60 バルク半導体複合構造体の光電変換材料としての応用可能製 の評価とデバイス構造の提案、設計指針の提示を行っていく。とくに、高効率光電変換材料系へ の応用を念頭に置いて、光電変換効率、電流変換効率、エネルギー変換効率の評価を種々の構造 に対して実行し、目指すべきデバイス組成と構造の提案を行う。また、C60/窒化物半導体に対し ては、レアメタルフリーの発光デバイスへの応用可能性を検討し、デバイス設計指針の提示を行 う。
他方、当該複合構造は、C60 が半導体、絶縁体に埋め込まれた量子井戸の様に振る舞うことが期 待されることから、電荷捕獲型の不揮発メモリ材料としての応用可能性を秘めている。その応用 において、C60分子の高い安定性と特異な電子状態は安定且つ多値メモリデバイス、スピンデバイ スとしての応用の可能性がある。本申請では、界面の電子物性、ドープされた C60 の電子物性に 対して得られて知見と、界面における熱物性に関する知見を基盤にし、C60ドープ半導体複合構造 を用いた電荷捕獲型の不揮発メモリのデバイス構造の提案を行っていく。
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