2014 Fiscal Year Annual Research Report
酸化物半導体および絶縁体積層構造を用いた表面仕事関数制御
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25286056
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
須崎 友文 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 准教授 (20332265)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳 博 山梨大学, 総合研究部, 准教授 (30361794)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 仕事関数 / 酸化物エレクトロニクス / 表面 / 界面 / デバイス / 触媒 / 薄膜成長 / パルスレーザー堆積 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パルスレーザー堆積法を、室温に保った基板上で酸化マグネシウム堆積に適用することで、荷電欠陥量を大幅に制御することに成功した。特に、マグネシウム欠陥と推測される、負に帯電した荷電欠陥のために従来の高温堆積では見られなかった仕事関数上昇を実現し、結果として、製膜室の酸素圧、膜厚みをパラメータとして、3 eV にも及ぶ仕事関数変調を実現した。このような薄膜への荷電欠陥導入は、エピタキシャル界面以外にも適用でき、単結晶以外の基板、凹凸面、曲面へも自在に適用ができる。また基板温度が室温であるために、さまざまな材料に対して適用でき、幅広い分野への応用が考えらえる。一方、仕事関数制御のための素材として、酸化物基板との良い適合性を持つ p 型半導体薄膜材料の開発が課題であったが、半導体である窒化銅に着目し、MBE法において、窒素プラズマの条件を一定とし銅フラックス量を変化させることで、p型伝導、n型伝導の両方を実現した。この窒化銅薄膜において第三元素を用いずに両極性伝導が実現していることは、酸化マグネシウムと同様に荷電不純物の量を大きく変調できることを反映していると考えられる。窒化銅も酸化マグネシウムもチタン酸ストロンチウム基板の上に堆積させることができ、これらの積層化により仕事関数制御の自由度がさらに広がると考えられる。仕事関数が制御された薄膜は、電子注入部位などの界面においても重要であるが、酸化物・窒化物の両方において有望な材料系を確立したことは意義深い。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
交付申請書においては、界面制御による仕事関数の変調、さらに電子放出源、電子注入源への応用を目的としていた。本年度の成果である酸化マグネシウムにおける荷電欠陥制御を用いた仕事関数変調は、変調の大きさ、さらに材料の安定性にも起因する適用範囲の広さから、目的に合致した大きな進捗であると言える。窒化銅薄膜における両極性実現は、窒化物に対する電子注入源開発の視点から重要な知見である。
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| Strategy for Future Research Activity |
荷電欠陥量を制御した酸化マグネシウム薄膜を中心に、電子放出源としての性能の評価を行い、悪い真空においても安定に動作する電子放出源開発につなげる。特に、光を励起源としたフォトカソード、また熱と電場を用いたショットキーエミッタ―としての特性を観察しながら人工構造の最適化を行う。一方、窒化銅薄膜を用いた人工界面構造を作製し、その表面特性がどのように変調されるか調べる。
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| Causes of Carryover |
仕事関数の3eVにも及ぶ制御自体は従来から用いていた材料系の枠内で当初の目的を達したが、電子放出源開発を目指して、H27年度にショットキー方式に加えてフォトカソード方式を同時に試行する必要性が発生したため、次年度使用額が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初の計画書に記載していなかった、フォトカソード方式による電子放出も評価するため、透明なガラス基板上に低仕事関数構造を作製し、背面から光を照射することで電子放出を引き起こす。材料系としては引き続き酸化マグネシウム、窒化銅を中心とした酸化物・窒化物薄膜を用いる。
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