圧電体自立ナノロッド配列を用いた高温環境下の自立圧電デバイスの創出

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20H02632
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分30010:結晶工学関連
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 渡辺 健太郎 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (40582078)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 単結晶自立ナノロッド / ZnO / 溶液成長 / 選択成長 / 圧電変換

研究成果の概要

溶液成長ZnO自立ナノロッド(NR)配列配列の超高面密度化・完全配向化を実現した。成果の詳細は以下①～④に示す。①SEM-CL顕微発光分光装置内のプローバ電極により単一NRのその場I-V測定を行う手法を開発した。②溶液成長ZnO NRの電気伝導率が酸素アニール処理後に３桁低減することを示した。この電気的絶縁化の起源をZnO欠陥発光のアニール温度依存性から解明した。③ZnO NR配列の下地層としてSi基板上Au薄膜の作製条件を精査した結果、構造全体でヘテロエピタキシャル成長を実現し、エピタキシャル関係を解明した。④微小球UVリソグラフィを用いたZnO選択成長によりNR面内配列の周期化を試みた。

自由記述の分野

半導体ナノ結晶工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

発電所のタービンや金属・プラスチック等の成型工場など常時高温下に晒されるインフラや大規模設備を、稼働を止めることなく高温下で劣化クラック検出可能な高温超音波探触子の実現が求められている。本研究で探触子用圧電素子として開発した超高面密度・超高配向ZnO自立ナノロッド(NR)配列構造は、キュリー点を持たない圧電体ZnOをナノ構造の密な集合体とすることでナノスケールの構造体が有する特異な弾性（強靭性）を圧電性能向上および耐久性の担保に生かせるという学術的意義を持つ他、デバイス作製を全て100℃以下の低温で安価に行えるという産業応用上の意義も有する。