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2004 年度 実績報告書

極低温からの熱容量測定による機能性セラミックスの原子空孔生成エントロピーの決定

研究課題

研究課題/領域番号 15360351
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

森下 政夫  兵庫県立大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60244696)

研究分担者 香山 滉一郎  兵庫県立大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60047595)
キーワードITO固溶体 / 熱容量 / 混合のエントロピー / バンドキャップ / 短範囲規則化 / 不純物準位 / 縮退 / 可視光
研究概要

ITOは,In_2O_3とSnO_2からなる固溶体で,携帯電話やパソコンの液晶ディスプレイの透明電極として使用されている.ドーパント,Snは,InサイトにSn^・_<In>として置換する.また,電荷補償のため,侵入型酸素欠陥(O^"_i)が形成されている.これらは,バンドキャップ中に,Sn^・_<In>ドナー準位やO^"_iアクセプター準位を形成する。これらの不純物準位が,電気伝導性を与えている.しかし,これらの不純物準位は,可視光の吸収原ともなるため,これらの電子配置を調べる必要がある.電子配置は,配位子場分裂に依存することから,Sn^・_<In>とO^"_iの配置と直接関係がある.前年度の研究では,ITO固溶体のSn^・_<In>とO^"_iの存在状態を熱力学的に検討するため,絶対零度付近(3K)から室温まで,熱容量,C_<p'>の測定を緩和法によって行い,298Kにおける混合のエントロピー(Δ_<mix>S_<298>)を決定した.
本年度は,2種類のITO固溶体,In_<0.388>Sn_<0.010>O_<0.602>およびIn_<0.383>Sn_<0.014>O_<0.603>のC_pを,1350Kまで決定した.この高温C_pには,本申請研究において導入の特殊な熱流束安定型装置を用いた.本年度の高温C_pと前年度の低温C_pとを組み合わせ,熱力学第3法則に基づき,基準状態を純In_2O_3とSnO_2とするΔ_<mix>Sを決定した.
Δ_<mix>Sは,高温まで,負の値を示すことが分かった.この理由は,Sn^・_<In>とO^"_iが短範囲に規則して,振動のエントロピーが減少するためである.ITOは,スパッタリングや蒸着法により,ガラス基盤上の薄膜として製造されている.この成膜過程は,運動エネルギーの高い高温状態から低い低温状態への変化とみなすことができる.Δ_<mix>Sが高温まで負の値であることは,成膜過程においてもSn^・_<In>とO^"_iが短範囲に規則化し易いと解釈できる.この短範囲規則化が,バンドギャップ中のSn^・_<In>準位とO^"_i準位を縮退させ,可視光の吸収を防ぎ,高い透明性と伝導性を兼備させていると結論する.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2005 2004

すべて 雑誌論文 (6件)

  • [雑誌論文] Thermodynamics of Self-Assembly of Ions in the ITO Solid Solution2005

    • 著者名/発表者名
      M.Morishita, K.Koyama, T.Shiraga
    • 雑誌名

      Microelectronic Engineering 77(掲載決定)

  • [雑誌論文] Thermodynamics of Self-Assembly of Ions and Vacancies in the ITO Solid Solution2004

    • 著者名/発表者名
      M.Morishita, K.Koyama, T.Shiraga
    • 雑誌名

      Abstracts of International Conference of Nano and Giga Challenges in Microelectronics, Cracow, Poland

      ページ: 172

  • [雑誌論文] ITO固溶体のイオンと空孔配置自己組織化の熱力学2004

    • 著者名/発表者名
      森下政夫, 香山滉一郎, 白神智広
    • 雑誌名

      粉体粉末冶金協会平成16年度春季講演会概要集

      ページ: 57

  • [雑誌論文] Direct Measurement of Relative Partial Molar Enthalpy of SiO_2 in SiO_2-M_2O (M=Li, Na, K and Cs) Binary and SiO_2-CaO-Al_2O_3 Ternary Melts2004

    • 著者名/発表者名
      M.Morishita, A.Navrotsky, M.C.Wilding
    • 雑誌名

      Journal of the American Ceramic Society 87

      ページ: 1550-1555

  • [雑誌論文] Calorimetric Study of Zn_<13>La2004

    • 著者名/発表者名
      M.Morishita, K.Koyama, K.Tsuboki
    • 雑誌名

      Zeitschrift fur Metallkunde 95

      ページ: 708-712

  • [雑誌論文] Standard Gibbbs Energy of Formation of Mg_<48>Zn_<52> Determined by Solution Calorimetry and Measurement of Heat Capacity from Absolute Zero Kelvin2004

    • 著者名/発表者名
      M.Morishita, K.Koyama, S.Shikata, M.Kusumoto
    • 雑誌名

      Metallurgical and Materials Transactions B35

      ページ: 891-895

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公開日: 2006-07-12   更新日: 2016-04-21  

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