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1.透明伝導体アナターゼTi_<1-x>Nb_xO_2の輸送特性の解明
Ti_<1-x>Nb_xO_2エピタキシャル薄膜において、キャリアの有効質量とキャリア散乱機構のキャリア濃度依存性を解明した。可視〜赤外領域における光学伝導度の周波数依存性はDrudeモデルとほぼ一致し、Ti_<1-x>Nb_xO_2は古典的な金属状態であることが分かった。キャリア有効質量は低キャリア濃度(<5x10^<20>cm^3)で〜0.4m_0であり、キャリア濃度増加と共に急激に上昇することが明らかとなった。キャリア濃度が高い状態でもイオン化不純物散乱の効果が小さく、光学フォノンによる散乱が大きいのは、アナターゼTiO_2の誘電率が非常に高いためと考えられる。
2.化学置換によるp-TiO_2作製の試み
第一原理計算より、イツトリウム(Y)をTi位置に置換することで、アナターゼのp型化が実現出来ることが示唆された。コンビナトリアル手法を用いた結果、アナターゼTi_<1-x>Y_xO_2の作成は成功したものの、依然として系は絶縁体のままであり、p型化はうまくいかなかった。
3.アナターゼTi_<0.97-y>Nb_0.03Si_yO_2の光学・輸送特性
透明伝導体Ti_<1-x>Nb_xO_2を発光素子等へ応用するためには、界面や表面反射による損失を抑えるため、透明伝導体自身の屈折率が制御できることが望ましい。様々な元素置換を試みたところ、14族元素(Si等)が効率良く屈折率を下げることが分かった。可視光の屈折率は、Si置換量の増加と共にほぼ単調減少する一方抵抗率は単調増加した。しかし、室温の抵抗率は10^<-3>Ωcm未満であるため、実用に関しては大きな問題は生じないと思われる。
4.強還元Tio_<2-x>の輸送特性
水素分圧1×10^<-5>Torr下で作成した強還元TiO_<2-x>薄膜がγ-Ti_3O_5であることを、X線回折によって明らかにした。また、Hall係数が再現性良く正の符号を示す一方、異常Hall効果が見られないことから、Hall効果結果が磁性不純物によるものではないことを確かめた。また、電子状態に関してはほぼ縮退一歩手前の真性半導体であり、正のHall係数は正孔移動度の高さに起因するものであると考えられる。
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