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

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25286056
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• 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)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柳 博 山梨大学, 総合研究部, 教授 (30361794)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 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

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、代表的な導電性基板である Nb:SrTiO3 上に安定な酸化物、窒化物などの極薄膜を堆積させ、極薄膜の電気状態、欠陥状態を制御することで仕事関数を大幅に変調し、特にアルカリ金属などでしか実現しない極端に低い仕事関数を実現することを目指してきた。本年度、SrTiO3 上にエピタキシャル成長する薄膜系において、特にキャリヤ符号・密度・欠陥の制御性が大きい窒化銅 (Cu3N) とマグネタイト（Fe3O4）薄膜において、雰囲気を制御したポストアニールにより薄膜品質の大幅な上昇を実現し、キャリヤ状態をホール効果・ゼーベック効果から明らかにし、欠陥状態を電子顕微鏡観察により明らかにした。また、構築した低仕事関数表面からの電子放出を実証するため、真空チャンバー内において低仕事関数表面と透明電極を狭いギャップを隔てて設置し、電圧印加およびキセノンランプ照射により、電子放出が表面全体から起こっていることを確認した。Cu3N においては、汎用性が高く製造工程でも使われているRFマグネトロンスパッタリング法により、基板温度、混合ガス比、RF出力を最適化することで多結晶薄膜の伝導型を制御することを実現し、紫外線光電子分光によりフェルミ準位の成膜条件依存性を調べた。一方、バンドギャップの大きさが異なるルチル型二酸化チタン（TiO2）と酸化銅（CuO）を積層させることで可視光に応答するバンドアラインメントを界面で実現することを目指し、ルチル型 TiO2 基板上の一部に CuO を堆積した試料において、硝酸銀水溶液中での光照射によりCuO のエッジにおける銀の析出を見出し、光吸収特性の波長が変調できることを明らかにした。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ヨーク大学(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: ヨーク大学
• [Journal Article] Atomic and electronic structure of twin growth defects in magnetite (2016)
  • Author(s): D. Gilks, Z. Nedelkoski, L. Lari, B. Kuerbanjiang, K. Matsuzaki, T. Susaki, D. Kepaptsoglou, Q. Ramasse, R. Evans, K. McKenna, and V. K. Lazarov
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6 Pages: 20943,1-8
  • DOI: 10.1038/srep20943
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] N-type conduction in SnS by anion substitution with Cl (2015)
  • Author(s): H. Yanagi, Y. Iguchi, T. Sugiyama, T. Kamiya and H. Hosono
  • Journal Title: Appl. Phys. Express Volume: 9 Pages: 051201,1-3
  • DOI: 10.7567/APEX.9.051201
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Atomic study of Fe3O4/SrTiO3 Interface (2015)
  • Author(s): D. Gilks, D.M. Kepaptsoglou, K. McKenna, L. Lari, Q.M. Ramasse, K. Matsuzaki, T. Susaki, and V.K. Lazarov
  • Journal Title: Microsc. Microanal. Volume: 21 (Suppl 3) Pages: 1299-1300
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1017/S143192761500728X
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Examination of interfacial charge transfer in photocatalysis using patterned CuO thin film deposited on TiO2 (2015)
  • Author(s): K. Osako, K. Matsuzaki, H. Hosono, G. Yin, D. Atarashi, E. Sakai, T. Susaki, and M. Miyauchi
  • Journal Title: APL Materials Volume: 3 Pages: 104409,1-5
  • DOI: 10.1063/1.4926934
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Post-annealing atmosphere and temperature effects on amorphous Cd-Ga-O thin films (2016)
  • Author(s): C. Sato, Y. Kimura, H. Yanagi
  • Organizer: E-MRS 2016 Spring Meeting
  • Place of Presentation: Lille, France
  • Year and Date: 2016-05-03 – 2016-05-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アモルファスCd-Ga-Oの電気特性に及ぼすポストアニール効果 (2016)
  • Author(s): 佐藤千友紀，木村洋太，柳 博
  • Organizer: 日本セラミックス協会 2016年年会
  • Place of Presentation: 早稲田大、東京
  • Year and Date: 2016-03-16 – 2016-03-16
• [Presentation] Epitaxial growth of bipolar conducting Cu3N (100) thin films (2015)
  • Author(s): K. Matsuzaki, H. Hosono, T. Susaki
  • Organizer: EMN 3CG 2015
  • Place of Presentation: Hong Kong
  • Year and Date: 2015-12-16 – 2015-12-16
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Hard X-Ray Photoemission Study of LaAlO3/(Nb:)SrTiO3 (2015)
  • Author(s): T. Susaki, S. Ueda, K. Matsuzaki, T. Kobayashi, Y. Toda, H. Hosono
  • Organizer: The 9th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-9)
  • Place of Presentation: つくば国際会議場、つくば、茨城
  • Year and Date: 2015-10-21 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cu3N(100) epitaxial films on SrTiO3(100) (2015)
  • Author(s): A. Maeda, K. Matsuzaki, D. Gilks, B. Kurbanjan, L. Lari, V. K. Lazarov, H. Hosono, T. Susaki
  • Organizer: The 9th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-9)
  • Place of Presentation: つくば国際会議場、つくば、茨城
  • Year and Date: 2015-10-20 – 2015-10-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] LaAlO3/(Nb:)SrTiO3 の硬Ｘ線光電子分光：導電性基板 vs 絶縁性基板 (2015)
  • Author(s): 須崎 友文、上田 茂典、松崎 功佑、小林 敏洋、戸田 喜丈、細野 秀雄
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場・名古屋・愛知
  • Year and Date: 2015-09-14 – 2015-09-14
• [Presentation] Controlled bipolar doping in Cu3N (100) films grown by plasma assisted molecular beam epitaxy (2015)
  • Author(s): K. Matsuzaki, T. Okazaki, Y.-S. Lee, D. Gilks, B. Kurbanjan, L. Lari, V. K. Lazarov, H. Hosono, T. Susaki
  • Organizer: The 2015 E-MRS Spring Meeting
  • Place of Presentation: Lille, France
  • Year and Date: 2015-05-12 – 2015-05-12
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 須崎研究室ページ
  • URL: http://www.msl.titech.ac.jp/~susaki/