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2020 年度 研究成果報告書

Wurtzite型窒化物圧電体の熱力学的安定性と材料設計指針

研究課題

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研究課題/領域番号 19K15302
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分26030:複合材料および界面関連
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

平田 研二  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (40828282)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワード圧電材料 / 平衡状態図 / 第一原理計算 / 窒化物
研究成果の概要

高い圧電性を有するSc添加AlNでは、ウルツ鉱相の熱力学的安定性が重要な材料設計指針になる。本研究では第一原理計算とCALPHAD法を組み合わせ、Al-Sc-N 3元系の相平衡を計算する熱力学データベースを構築した。また実用材料は薄膜で作製され、バルクとは相平衡が異なる。そこで基板-薄膜間の歪エネルギーを考慮し、ウルツ鉱相におけるScの固溶挙動も評価した。 その結果、基板と薄膜の間に生じる歪エネルギーがウルツ鉱相の二相分離を抑制することを見出した。

自由記述の分野

無機材料

研究成果の学術的意義や社会的意義

Al-Sc-N 3元系の相平衡は不明な点が多く、これまでに熱力学データベースは構築されていなかった。そこで本研究では、第一原理計算やデバイグリュナイゼン近似をCALPHAD法に援用することで相平衡を計算することが可能となった。構築した熱力学データベースにより計算した状態図は実験報告をよく再現しており、信頼性が高いものと考えられる。また、基板と薄膜の間に生じる歪エネルギーにより、ウルツ鉱相の二相分離が抑制される新しい知見も得ることができた。

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公開日: 2022-01-27  

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