非晶質半導体のガラス転移における協力現象-階層構造分布とフラクタル性-

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07640502
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 松石 清人 筑波大学, 物理工学系, 講師 (10202318)
• 研究分担者: 大成 誠之助 筑波大学, 物理工学系, 教授 (70015824)
• キーワード: カルコゲナイド系非晶質半道体 / ガラス転移 / 比熱 / ラマン散乱 / 階層構造 / 協力現象 / フラクトン

研究概要

非晶質半導体のガラス転移での構造緩和の動力学とそれにおける幾何的拘束の効果を検討するために、平成7年度で中心的に研究を行ってきた砒素カルコゲナイド系非晶質半導体に加えて、広範囲の非晶質半導体、例えばGe_XS_<1-X>(0.07≦X≦0.37),ゼオライト中に担持されたSe,(GeS_2)_<1-X>(Sb_2S_3)_X混晶ガラス(X≦0.33)等を対象にして示差走査型熱量計を用いた熱分析によって比熱解析を行った。平均配位数を連続的に変えることによって局所構造,構造の次元性,力学的拘束を制御し、また規則的細孔を持つゼオライトに担持することによって幾何的拘束を課したそれらの試料において、ガラス転移の動力学パラメータが各物質の構造状態(幾何学的拘束;特に、次元性,フラクタル的構造)及び原子結合状態の特徴(力学的拘束)と強く相関していることが明らかとなった。特に、非晶質体において共通に観測される構造緩和の非指数性は、構造のネットワーク次元や異方性、つまり幾何的拘束と密接な相関があること(低次元系ほど非指数性が高い)が前年度に引き続き確証された。このことは、準安定状態の階層的エネルギーバリア分布(階層的拘束)がガラス転移点近傍での構造緩和に強く反映されているという我々のもう一つの結論とも関連していて非常に興味深い。さらに、非晶質半導体Ge_XS_<1-X>(0.07≦X≧0.37)の低温低周波ラマン散乱実験から、ある振動数(クロスオーバー周波数)を境に低周波振動励起はデバイ型音響フォノンから非デバイ型振動励起状態へと移行することがわかった。高波数側で観測されるこの非デバイ型振動励起状態にフラクトンモデルを適用することによってフラクタル次元を求めたところ、前述のガラス転移における比熱解析より得られた構造緩和の非指数性とこのフラクタル次元には強い相関(フラクタル次元が低下すると緩和の非指数性が高くなる)があることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] K.Matsuishi: "Structural relaxation in glass transition of chalcogenide amorphous semiconductors" J.Non-Cryst.Solids. Vol.198-200. 552-555 (1996)
• [文献書誌] S.Onari: "Raman and infrared spectra of amorphous Semiconductors(GeS_2)_<1-x>(Bi_2S_3)_x systems" J.Non-Cryst.Solids. Vol.198-200. 700-704 (1996)
• [文献書誌] T.Arai: "Optical properties of CdS and Se clusters in zeolies" Surface Review and Letters. Vol.3 No.1. 707-710 (1996)
• [文献書誌] T.Arai: "Photoluminescence of granular CdSe films" Materials Science and Engineering A. Vol.217&218. 159-163 (1996)
• [文献書誌] T.Arai: "Electronic state of Cd-chalcogenide microcrystals embedded in GeO_2 glasses studied by means of spectroscopy" J.Luminescence. Vol.70. 281-293 (1996)
• [文献書誌] K.Matsuishi: "Structural phase stability of Se clusters in zeolites" Z.Phys.D. (in press).
• [文献書誌] T.Asami: "Low frequency Raman scattering of amorphous semiconductors(GeS_2)_<1-x>(Sb_2S_3)_x systems" J.Non-Cryst.Solids. (in press).
• [文献書誌] K.Matsuishi: "Photo-induced transformation of C_<60> films and single crystals by laser irradiation" J.Phys.Chem.Solids. (in press).
• [文献書誌] A.Roy: "Raman spectroscopic studies on Sb nanoparticles in SiO_2 matrix prepared by rf-cosputtering technique" J.Phys.Chem.Solids. (in press).
• [文献書誌] T.Ohno: "Effects of laser irradiation on photoluminescence of C_<60> single crystal with/without air exposure" Solid State Communications. (in press).
• [文献書誌] T.Orii: "Study of Photodissociation of CdSe Nanocrystal Beam by means of Photoluminescence and Raman Scattering" J.Phys.:Condensed Matter. (in press).