半導性チタン酸ストロンチウム双結晶の点欠陥電気的特性

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650753
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山本 剛久 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (20220478)
• キーワード: チタン酸ストロンチウム / 粒界構造 / バイクリスタル / 二重ショットキー障壁 / 粒界電気的特性 / HREM / 点欠陥 / EDS

研究概要

半導性チタン酸ストロンチウム(SrTiO_3)は、粒界・表面などの構造が乱れている領域においてキャリアを捕獲できる捕獲準位が形成される。この捕獲準位にキャリアとなる電子が捕獲され、静電ポテンシャル障壁が形成される。この障壁は一般に二重ショットキー障壁と呼ばれており、バリスタ素子や粒界層コンデンサーなど広範囲に応用されているが、この様な障壁形成の詳細なメカニズムについては未だ明らかにされていない。本研究では、方位を規定した双結晶を系統的に作製し粒界構造と粒界電気特性の相関性を調べた。まず、傾角が数度の小傾角粒界を作製しその粒界構造を高分解能観察法により解析したところ、いずれの粒界もバーガースペクトルを[001]とする刃状転位から構成されることが見出された。その粒界転位密度は双結晶の傾角に依存し、傾角が増大するに従い粒界転位密度が増加すること、および、粒界電気特性で認められる電圧-電流特性における非線形指数が増大することが分かった。これらの関係から、粒界転位一本が障壁形成に関与する捕獲電子数を見積もったところ、約10^6/cmであることが見出された。一方、CSL理論において整合性の高い粒界として分類されるΣ13粒界について、整合性が同じで粒界面の異なる双結晶を作製し同様な解析を行った。その結果、整合性が同様な粒界に於いても粒界面が異なる場合には非線形係数が異なることが分かった。この原因として、粒界部で点欠陥の生成消滅挙動が粒界構造に依存して変化することによると考えられた。

研究成果

• [文献書誌] F.Oba, Y.Sato, T.Yamamoto, Y.Ikuhara, T.Sakuma: "Current-voltage Characteristics of Co-Doped Inversion Boundaries in Zinc Oxide Bicrystals"Journal of the American Ceramic Society. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] T.Yamamoto, F.Oba, Y.Ikuhara, T.Sakuma: "Current-Voltage Characteristics Across Small Angle Symmetric Tilt Boundaries in Nb-Doped SrTiO_3 Bicrystals"Materials Transactions. 43・7. 1537-1541 (2002)
• [文献書誌] F.Oba, T.Yamamoto, Y.Ikuhara, I.Tanaka, H.Adachi: "First-Principle Calculations of Co Impurities and Native Defects in ZnO"Materials Transactions. 43・7. 1439-1443 (2002)
• [文献書誌] Y.Sato, F.Oba, T.Yamamoto, Y.Ikuhara, T.Sakuma: "Current-voltage Characteristics across [0001] Twist Boundaries in ZnO Bicrystals"Journal of the American Ceramic Society. 85・8. 2142-2144 (2002)
• [文献書誌] 山本 剛久, 大場 史康, 幾原 雄一, 佐久間 健人: "電子セラミックスの粒界構造と電気的特性"セラミックス. 37・6. 435-440 (2002)
• [文献書誌] 幾原 雄一, 山本 剛人: "粒界・界面の観察と解析"電子顕微鏡. 37・2. 129-133 (2002)