| 研究課題/領域番号 |
21K19016
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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 | 東北大学 (2023)
北海道大学 (2021-2022) |
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研究代表者 |
小野 円佳 東北大学, 工学研究科, 教授 (20865224)
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| 研究分担者 |
JEEM MELBERT 北海道大学, 工学研究院, 特任助教 (00815805)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
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| キーワード | トポロジー / ガラス / 薄膜 / 結晶基板 / 熱伝導率 / 薄膜アモルファス / トポロジー制御 / 結晶基板表面 / 結晶界面 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ガラスは通常その原子構造がランダムなため、エネルギーの伝搬特性を向上することは難しい。これに対して、代表者は高圧高温状態でシリカガラスの構造を凍結すると、ネットワークの結合の剪定が起き究極の透明度を持つガラスが得られることを示した。このガラスは構造のゆらぎが少なく秩序性が高いことから、高いフォノン伝導性が期待される。制御に高温高圧処理が必要だと応用の幅が狭まる。そこで従来、超高圧超高温を使わなければできないガラスのトポロジー制御を、結晶表面特有の活性な境界条件、具体的には、格子定数がガラスの空隙サイズに近い結晶の界面を利用して、より常温常圧に近い条件で実現し、革新的ガラス薄膜合成法を構築する。
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| 研究実績の概要 |
シリカガラスは, SiO2から成るガラスであるが、近年では光導波路の低損失化が求められるシリコンフォトニクスや、絶縁膜の機能向上が求められる半導体の重要な要素として注目されている．我々はこれまで、バルクのシリカガラスについて、高温高圧印加処理を行うと、ガラスの大きい空隙が縮小し、秩序構造が均質化することを明らかにした．圧力による構造の秩序化により、光の伝送損失が抑制されることも見出した．これはシリカガラス中の大きい空隙が外場（圧力や温度）によって変化しやすいことや、ガラスの物性が大きく変化する可能性を示唆している．そこで、空隙にサイズが近いが少し小さい格子定数をもつ結晶基板の上に薄膜SiO2アモルファスを積層し、秩序構造の制御されたSiO2アモルファスの合成を試みた。結晶基板上に薄膜SiO2を複数の方法によって作成し、構造と物性を調査した。合成方法には、CVD、ALD、PE-ALDを用いた．結晶基板として、Si、Ge,GaAs,LN,LSATなど多種のものを用いてSiO2薄膜の構造と熱伝導率を測定した。SPring-8のBL13を用いて基板上のアモルファス薄膜を超低角斜入射XRD（Θ=0.12°）にて測定をすると、ガラス特有のFSDP（First Sharp Diffraction Peak）を観測でき、基板の影響の大きさや、薄膜の厚みによる基板からの影響の違いがＦＳＤＰのピークシフトとして定量化できることを見出した。基板の影響を受けたアモルファスほど、FSDPが高エネルギー方向へ大きくシフトし、シフト量と薄膜の熱伝導率（TDTR: Time Domain Thermal Reflectance）で測定）の間に強い相関があることを見出した。別途、TEM(Transmittance Electron Microscope)による構造の直接観察にも成功した。
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