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大気開放型化学気相析出(CVD)法により酸化物結晶の高速エピタキシャル成長を行った。研究目的は高速エピタキシャル成長により高配向酸化物結晶が得られることを確認し、成長過程を利用し配向を高度に制御することである。
酸化物結晶の成長は表面動力学過程か拡散過程によって支配される。本研究で選択された2つの酸化物、チタニアと酸化亜鉛は前者が表面動力学過程、後者が拡散過程により高速エピタキシャル成長する。チタニアは前駆体の分子形によって成長する結晶面が決定される。これは結晶表面での原子レベルの幾何学的原子配列によって最適な先駆体形状が決定される(表面動力学過程)からである。そのため、成長条件を変化することによって結晶の形態が変化する。一方酸化亜鉛では原料供給量で成長が決定される(拡散過程)ため、結晶の形態は成長条件によらず一定である。
チタニアは(100)マグネシア単結晶上で成長条件によってウイスカー(I型)とメッシュ(IIb型)形状を呈する。動力学過程に支配されているため、作製条件によって高速成長方向が一方向であるか二方向であるかが決まるためである。一方酸化亜鉛は拡散過程に支配されているため、(0001)サファイア基板上で常に一方向のみ高速成長しウイスカー(I型)だけを形成する。
以上の結果から、大気開放型CVD法により酸化物結晶の高速エピタキシャル成長を実現するばかりでなく、成長過程を利用し形態制御までも行えることがわかった。
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