2018 Fiscal Year Annual Research Report
Nuclear spectroscopic studies on electric conductivity and dilute magnetism in zinc oxide doped with impurity ions
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26286075
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
佐藤 渉 金沢大学, 物質化学系, 教授 (90333319)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大久保 嘉高 京都大学, 複合原子力科学研究所, 教授 (70201374)
上野 秀樹 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (50281118)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 酸化亜鉛 / 摂動角相関 / メスバウアー分光 / 不純物 / インジウム / ナノ構造体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化亜鉛（ZnO）は未ドープの状態でもn型の電気伝導性を示す化合物半導体である。本研究では、ZnOの半導体物性の制御を念頭に、ドナーとして期待されているInのZnO中での熱挙動を追跡してきた。これまでの研究において、高純度（5N）のZnOに0.5%のIn（純度4N）を添加し、これに放射性プローブ核（In-111）を導入して摂動角相関測定を行った結果、不純物のInはZnとの局所的な会合により、スピネル型のナノ構造体ZnIn2O4を形成していることが明らかとなった。これは試料を空気中で熱処理することによって得られた結果であるが、その後の研究により、熱処理を行う雰囲気や温度によって、In位置での局所構造が大きく変化する傾向を示唆する結果が得られた。従って平成３０年度は、個々のIn原子の固溶と凝集の制御法の検討を進め、（１）Inの濃度および（２）熱処理時間と雰囲気依存性を詳細に調べた。
ZnOに添加するInの濃度を0～0.5%まで変化させて同一条件（空気中、1273 K）で焼成した場合、Inの濃度が高いほど、上述のナノ構造体の組成の割合は単調に増加する傾向を示した。これはInが熱拡散する過程で互いに邂逅する頻度がInの濃度が高いほど増加することを示している。一方、ナノ構造体を含むZnO試料に真空中で熱処理（1000 K）を施すと、In原子がナノ構造体から解離して熱拡散によってZn格子点を占有する現象が確認された。高温真空中では、酸素空孔が形成し、電荷に不均衡が生じたことにより構造体が分解した結果であると考えられる。この傾向は、熱処理時間を長くするほど顕著であり、最終的にはほぼ完全に解離して個々のInが熱拡散の後に固溶することが明らかとなった。今後、本法によってさらに高濃度のInを固溶させ、固溶度と電気伝導度との相関を調べる予定である。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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