| 研究課題/領域番号 |
20K21242
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分36:無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 中部大学 |
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研究代表者 |
山田 直臣 中部大学, 工学部, 教授 (50398575)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
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| キーワード | ヨウ化物 / CuI4四面体 / 励起子発光 / 青色発光 / ワイドギャップ半導体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
申請者は，直感的な化学結合論と結晶化学に立脚し，CuI4四面体が2次元的あるいは0次元的配列をしている非ペロブスカイト型の銅系複合ヨウ化物が，量子閉込め効果により高い効率で青色発光するという仮説的探索指針を着想した．本研究では未開拓のCu2ZnI4（2次元的配列：自然超格子）とCuGaI4（0次元：仮想的量子ドット）を採上げ，これらの薄膜化と物性の解明，ハロゲン置換（塩素や臭素）による発光色変調，発光ダイオードの作製にチャレンジし，申請者の仮説的探索指針を実証する．本研究で提案する指針は一般的性をもったもので，ヨウ化物に限定されることはない．他の物質系への拡張も可能である．
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| 研究成果の概要 |
CuI4四面体が低次元配列した結晶構造のCu系ヨウ化物の薄膜を作製し，そのフォトルミネッセンス（PL）特性を調べた．このような構造のヨウ化物では，CuI4ユニット内に励起子が閉じ込められ，高い効率で青色発光すると期待した．CuI4四面体の2次元的ネットワークから構成されるCu2ZnI4（CZI）の薄膜を作製しPL測定をしたところ，期待通り室温で強い青紫色発光を示した．加えて，ヨウ素を臭素で置換すると発光強度が増強されることもわかった．CuI4四面体配列の低次元化と臭素置換を組み合わせると，極めて発光効率の高いCu系ヨウ化物半導体が実現できるという材料設計指針を得ることができた．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究によって，CuI4四面体が低次元配列したCu系ヨウ化物の一部を臭素で置換すると，発光効率の高いヨウ化物が得られるという設計指針が得られた．加えて，Cu系ヨウ化物は薄膜形成に高い温度が不要であるので，実用的な利点も有している．この研究で得られた指針は一般性を有していると考えられる．この指針にしたがって材料探索をすれば，従来材料と比して飛躍的に高い発光効率のヨウ化物半導体の発見に繋がる可能性がある．
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