巨大同位体効果にもとづくダイヤモンド半導体中のフォノンと電子物性に関する研究

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21360155
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 渡邊 幸志 独立行政法人産業技術総合研究所, ダイヤモンド研究ラボ, 主任研究員 (50392684)
• 連携研究者: 中島 信一 独立行政法人産業技術総合研究所, 先進パワーエレクトロニクス研究センター, 客員研究員 (20029226)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 電気・電子材料 / ダイヤモンド / 同位体効果

研究概要

同位体濃縮されたメタンガスによるマイクロ波プラズマCVDによって、同位体濃縮された12Cと13Cのダイヤモンドを1ナノメートルオーダーで積層させることが出来る事を示した。その結果、そのホモ接合界面に生じたバンドギャップ差によりキャリアが閉じ込めだけでなく、フォノンにおいても閉じ込めが起こる可能性が出てきた。本結果は、同位体ダイヤモンドが、現時点においてダイヤモンドのバンドエンジニアリングの有効な手段の一つとなる可能性を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Optical and Spin Coherence Properties of Nitrogen-Vacancy Centers Placed in a 100 nm Thick Isotopically Purified Diamond Layer (2012)
  • 著者名/発表者名: Toyofumi Ishikawa, Kai-Mei C. Fu, Charles Santori, Victor M. Acosta, Raymond G. Beausoleil, Hideyuki Watanabe, Shinichi Shikata, and Kohei M. Itoh
  • 雑誌名: Nano Lett. 巻: 12 ページ: 2083-2087
  • DOI: DOI:10.1021/nl300350r
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superlattice structures from diamond (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe and S. Shikata
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials 巻: 20 ページ: 980-982
  • DOI: DOI:10.1016/j.diamond.2011.05.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superlattices from diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe
  • 雑誌名: MRS symposium Proceedings 巻: 1203 ページ: 29-34
  • URL: http://dx.doi.org/10.1557/PROC-1203-J13-04
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherence of single spins coupled to a nuclear spin bath of varying density (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Mizuochi, P. Neumann, F. Rempp, J. Beck, V. Jacques, P. Siyushev, K. Nakamura, D. J. Twitchen, H. Watanabe, S. Yamasaki, F. Jelezko, J. Wrachtrup
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 80 ページ: 041201-141201-4
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.80.041201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isotopic Homojunction Band Engineering from Diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe、C. E. Nebel、S. Shikata
  • 雑誌名: SCIENCE 巻: 324 ページ: 1425-1428
  • DOI: DOI:10.1126/science.1172419
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Growth and Characteristics of Diamond Grown by Microwave Plasma Assisted CVD (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe
  • 雑誌名: Journal of the Vacuum Society of Japan 巻: 52 ページ: 351-363
  • URL: http://dx.doi.org/10.3131/jvsj2.52.351
  • 査読あり
• [学会発表] 同位体ダイヤモンド超格子のラマン散乱 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡邊幸志、富田卓朗、中島信一、加藤有香子、鹿田真一
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京)
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] 同位体ダイヤモンド超格子からのラマン散乱 (2011)
  • 著者名/発表者名: 渡邊幸志、富田卓朗、中島信一、加藤有香子、鹿田真一
  • 学会等名: 第25回ダイヤモンドシンポジウム
  • 発表場所: 産業技術総合研究所(茨城)
  • 年月日: 2011-12-07
• [学会発表] 究極の半導体材料:ダイヤモンド (2011)
  • 著者名/発表者名: 渡邊幸志
  • 学会等名: VACUUM2011真空展
  • 発表場所: 東京ビッグサイト(東京)
  • 年月日: 2011-08-31
• [学会発表] Luminescence behavior of nitrogen-doped homoepitaxial single crystal diamond by microwave plasma-assisted (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, R. Hirano, K. Itoh, M. Tajima, S. Shikata
  • 学会等名: International Conference on New Diamond and Nano Carbons 2011
  • 発表場所: Matsue, Japan
  • 年月日: 2011-05-19
• [学会発表] 同位体ダイヤモンドによるキャリアの閉じ込め (2010)
  • 著者名/発表者名: 渡邊幸志、鹿田真一
  • 学会等名: 第24回ダイヤモンドシンポジウム
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] Synthesis of nitrogen-doped homoepitaxial single crystal diamond by microwave plasma-assisted chemical vapor deposition (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe
  • 学会等名: Artificial atoms in diamond
  • 発表場所: Cambridege, MA, USA
  • 年月日: 2010-11-13
• [学会発表] 同位体ダイヤモンドによるキャリアの閉じ込め (2010)
  • 著者名/発表者名: 渡邊幸志、鹿田真一
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] Superlattices from diamond (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe
  • 学会等名: 21st European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, and Nitrides
  • 発表場所: Budapest, Hungary
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] 材料の王様:ダイヤモンド! (2010)
  • 著者名/発表者名: 渡邊幸志
  • 学会等名: VACUUM2010-真空展
  • 発表場所: 東京ビッグサイト東京国際展示場
  • 年月日: 2010-09-01
• [学会発表] Homojunction band engineering using isotope diamond (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe、S. Shikata
  • 学会等名: 30th International Conference on the Physics of Semiconductors
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2010-07-29
• [学会発表] Charge carrier confinement in diamond superlattices (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe
  • 学会等名: SBDD XV
  • 発表場所: Hasselt, Belgium
  • 年月日: 2010-02-23
• [学会発表] Superlattices from diamond (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe
  • 学会等名: 2009MRS fall meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2009-12-03
• [学会発表] ダイヤモンドを用いた同位体ホモ接合バンドエンジニアリング (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡邊幸志、鹿田真一
  • 学会等名: ダイヤモンドシンポジウム
  • 発表場所: 千葉工業大学
  • 年月日: 2009-11-18
• [学会発表] 12Cと13C同位体ホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜からのカソードルミネッセンス(V) (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡邊幸志、鹿田真一
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2009-09-10
• [学会発表] 12Cと13C同位体ホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜からのカソードルミネッセンス(IV) (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡邊幸志、鹿田真一
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2009-09-10
• [学会発表] 同位体ダイヤモンド (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡邊幸志
  • 学会等名: グローバルCOE「ナノサイエンスを拓く量子物理学拠点」
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2009-06-30
• [学会発表] Cathodoluminescence study of 12C/13C diamond multi-layered films (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, S. Shikata
  • 学会等名: New Diamond and Nano Carbons Conference(NDNC2009)
  • 発表場所: Traverse City, Michigan USA
  • 年月日: 2009-06-11
• [学会発表] 12Cと13C同位体ホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜からのカソードルミネッセンス(III) (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡邊幸志、中島信一、鹿田真一
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2009-04-01
• [図書] NEW DIAMOND100 Vol.27 2050年のダイヤモンド将来展望6.ダイヤモンドを用いた量子ネットワークの構築 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水落憲和、渡邊幸志
  • 総ページ数: 60-62
  • 出版者: 株式会社オーム社