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2015 年度 実績報告書

第一原理に基づく革新的半導体材料の予測手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 15H05541
研究機関東京工業大学

研究代表者

熊谷 悠  東京工業大学, 元素戦略研究センター, 特任講師 (00722464)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード第一原理計算 / 半導体 / 点欠陥
研究実績の概要

本研究課題は,第一原理に基づいて革新的半導体材料を予測するための手法の開発することである.
新規材料を探索する際,従来は実験ですでに知られている結晶構造を網羅的に計算することがなされてきたが,このような計算では半導体材料に必要な,イオン化ポテンシャルや点欠陥特性といった物性を知ることができず,依然半導体材料の予測には十分とは言えなかった.しかしながら,この1,2年で状況が激変しており,最近ではより進んだ物性値の計算を網羅的にしようとする試みが始まろうとしている.その1つに点欠陥計算が含まれる.実際,我々の開発した欠陥形成エネルギー計算手法に関しても多くの問い合わせがあり,世界的な競争が起こり始めていることを強く感じとれる状況にある.
そこで本年度は,過去に報告のない半導体の点欠陥計算を自動的に行うためのプログラムの開発を行った.これにより,構造情報を入力するだけで点欠陥の性質を計算することが可能な状況になりつつある.今後は様々なテストを通じて,プログラムの堅牢性を高めていきたいと考えている.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

半導体計算を自動的に行うためのプログラムの開発を行うことで,従来大変複雑だった点欠陥計算の実行及び解析を高速に行うことができるようになった.これによりハイスループット点欠陥計算が可能な状況に近づいている.

今後の研究の推進方策

今後は,第一に既知の半導体材料の大規模ハイスループット計算を行う.
次に,計算の高精度化(電子相関の寄与の取り扱い,有限温度効果,浅い欠陥のエネルギー)について検討を行っていく.

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] University of Bath(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of Bath
  • [雑誌論文] Categorization of surface polarity from a crystallographic approach2016

    • 著者名/発表者名
      Yoyo Hinuma, Yu Kumagai, Fumiyasu Oba, Isao Tanaka
    • 雑誌名

      Computational Materials Science

      巻: 113 ページ: 221-230

    • DOI

      10.1016/j.commatsci.2015.11.042

    • 査読あり
  • [雑誌論文] LiNbO3-Type Oxide (Tl1-xScx)ScO3: High-Pressure Synthesis, Crystal Structure, and Electronic Properties2016

    • 著者名/発表者名
      Alexei A Belik, Wei Yi, Yu Kumagai, Yoshio Katsuya, Masahiko Tanaka, Fumiyasu Oba
    • 雑誌名

      Inorganic chemistry

      巻: 55 ページ: 1940-1945

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.5b02915

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Screening procedure for structurally and electronically matched contact layers for high-performance solar cells: hybrid perovskites2016

    • 著者名/発表者名
      Keith T Butler, Yu Kumagai, Fumiyasu Oba, Aron Walsh
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry C

      巻: 4 ページ: 1149-1158

    • DOI

      10.1039/C5TC04091D

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Accurate Predictions of Point Defect Energetics in Semiconductors from First Principles2015

    • 著者名/発表者名
      Yu Kumagai and Fumiyasu Oba
    • 学会等名
      第25回 日本MRS年次大会
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      2015-12-08 – 2015-12-10
  • [学会発表] Theory of ionization potentials of solids2015

    • 著者名/発表者名
      Yu Kumagai, Keith T. Butler, Aron Walsh and Fumiyasu Oba
    • 学会等名
      2nd International Symposium on Frontiers in Materials Science
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2015-10-19 – 2015-10-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Theory of ionization potentials of solids2015

    • 著者名/発表者名
      Yu Kumagai, Keith T. Butler, Aron Walsh and Fumiyasu Oba
    • 学会等名
      STAC-9 & TOEO-9
    • 発表場所
      茨城
    • 年月日
      2015-10-19 – 2015-10-21
    • 国際学会
  • [学会発表] 第一原理に基づく点欠陥計算の高精度化とその応用2015

    • 著者名/発表者名
      熊谷悠
    • 学会等名
      日本金属学会 2015年秋期(第157回)講演大会
    • 発表場所
      九州大学伊都キャンパス (福岡市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-18
    • 招待講演
  • [学会発表] Predictions of point defect properties in semiconductors2015

    • 著者名/発表者名
      Yu Kumagai
    • 学会等名
      11th International Conference of Pacific Rim Ceramic Societies(PacRim-11)
    • 発表場所
      韓国 チェジュ島
    • 年月日
      2015-09-06 – 2015-09-10
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Electrostatics-based finite-size corrections for point defects in semiconductors2015

    • 著者名/発表者名
      Yu Kumagai and Fumiyasu Oba
    • 学会等名
      PSI-K 2015 CONFERENCE
    • 発表場所
      スペイン国 サンセバスチャン
    • 年月日
      2015-09-06 – 2015-09-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrostatics-based finite-size corrections for point defects in semiconductors and insulators2015

    • 著者名/発表者名
      Yu Kumagai and Fumiyasu Oba
    • 学会等名
      Nothing is Perfect: The Quantum Mechanics of Defects
    • 発表場所
      スイス国 Ascona
    • 年月日
      2015-04-26 – 2015-04-29
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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