金属／半導体界面の原子拡散・構造安定性の理論：無機から有機への展開

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23540361
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 中山 隆史 千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70189075)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 金属／半導体界面 / 第一原理計算 / 原子拡散 / 混晶化 / 構造安定性 / 界面欠陥 / 金属誘起ギャップ状態 / 有機半導体

研究概要

本研究では、量子力学に基づく大型数値計算を用いて、金属／無機・有機半導体界面における原子拡散と界面構造の安定性を調べた。その結果、原子拡散を引き起こす機動力は何か、界面の混晶・化合物化を支配する因子は何か、拡散した原子がつくる界面欠陥はショットキーバリアをどのように変化させるかを明らかにした。さらに、界面構造の安定性とショットキーバリアの発生起源を結びつける新しい理論を構築した。

研究成果

• [雑誌論文] First-principles evaluation of penetration energy of metal atom into Si substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hiramatsu, T. Yamauchi, M. Y. Yang, K. Kamiya, K. Shiraishi, T. Nakayama
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 53 ページ: 058006-1-3
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.058006
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-Principles Study of Schottky Barrier Behavior at Fe3Si/Ge(111) Interfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kobinata, T. Nakayama
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 53 ページ: 035701-1-7
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.035701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Firstprinciples study of Pt-film stability on doped graphene sheets (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Park, Y. Tomita, T. Nakayama
  • 雑誌名: Surf. Sci 巻: 621 ページ: 7-15
  • DOI: 10.1016/j.susc.2013.10.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Firstprinciples theoretical study of optical properties of oxegen-doped II-VI semiconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Ishikawa, T. Nakayama
  • 雑誌名: Physica Stat. Sol. C 巻: (in press)
  • DOI: 10.1002/pssc.201300557
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles study of oxygen-doping states in II-VI semiconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Ishikawa, T. Nakayama
  • 雑誌名: Physica Stat. Sol ページ: 1385-1388
  • DOI: 10.1002/pssc.201300249
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energetics and electron states of Au/Ag incorporated into crystalline/amorphous silicon (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Y. Yang, K. Kamiya, T. Yamauchi, T. Nakayama, K. Shiraishi
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 114 ページ: 063701-1-7
  • DOI: 10.1063/1.4817432
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface Stability and Growth Kinetics of Compound Semiconductors : An Ab Initio-Based Approach (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Kangawa, T. Akiyama, T. Ito, K. Shiraishi, T. Nakayama
  • 雑誌名: Materials 巻: 6 ページ: 3309-3361
  • DOI: 10.3390/ma6083309
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles Calculations of Metal-atom Diffusion in Oligoacene Molecular Semiconductor Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Tomita, T. Nakayama
  • 雑誌名: Organic Electr 巻: 13 ページ: 1487-1498
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2012.04.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical study of Si-based ionic switch (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Yamauchi, M. Y. Yang, K. Kamiya, K. Shiraishi, T. Nakayama
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 100 ページ: 203506-1-3
  • DOI: 10.1063/1.4718758
  • 査読あり
• [雑誌論文] Physics of Schottky-barrier change by segregation and structural disorder at metal/Si interfaces : First-principles study (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Nakayama, K. Kobinata
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 520 ページ: 3374-3378
  • DOI: 10.3131/jvsj2.54.529
  • 査読あり
• [雑誌論文] N-doping induced band-gap reduction in III-V semiconductors : First-principles calculations (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Ishikawa, T. Nakayama
  • 雑誌名: Phys. Stat. Sol. C 巻: 8 ページ: 352-355
• [雑誌論文] Optical Response Spectra of Surfaces and Interfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Nakayama
  • 雑誌名: J. Vac.Soc.Jpn 巻: 54 ページ: 529-536
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2011.10.091
  • 査読あり
• [学会発表] Quantum Processes of Exciton Dissociation at Semiconductor Heterointerfaces (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Nakayama, K. Sato
  • 学会等名: Int. Symp. Advanced Nanodevices and Nanotechnology (ISANN 2013)
  • 発表場所: Kauai U.S.A
  • 年月日: 20131208-13
• [学会発表] Enhanced stability of Pt monolayer films on doped graphene sheets (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Tomita, T. Park, T. Nakayama
  • 学会等名: Int. Symp. Advanced Nanodevices and Nanotechnology (ISANN 2013)
  • 発表場所: Kauai U.S.A
  • 年月日: 20131208-13
• [学会発表] Quantum processes of Exciton dissociation at Organic Semiconductor Interfaces (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, T. Nakayama
  • 学会等名: Int. Conf. Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Fukuoka Japan
  • 年月日: 20130924-27
• [学会発表] Physics of Interface Segregation; What Determine Schottky Barrier at Metal/Semiconductor Interfaces ? (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Nakayama
  • 学会等名: 2013 JSAP-MRS (Japan-USA) Joint Symposia
  • 発表場所: Kyoto Japan
  • 年月日: 20130916-20
• [学会発表] FirstPrinciples Theoretical Study of Optical Properties of Oxygen-doped II-VI Semiconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Ishikawa, T. Nakayama
  • 学会等名: 16th Int. Conf. II-VII Compound and Related Materials
  • 発表場所: Nagahama, Japan
  • 年月日: 20130909-13
• [学会発表] Firstprinciples study of oxygen-doping electric optical states in II-VI semiconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Ishikawa, T. Nakayama
  • 学会等名: 18th Int. Conf. Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures
  • 発表場所: Matsue, Japan
  • 年月日: 20130722-26
• [学会発表] Firstprinciples study of oxygen-doping states in IIVI semiconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Ishikawa, T. Nakayama
  • 学会等名: 40th Int. Symp. Compound Semiconductors
  • 発表場所: Kobe Japan
  • 年月日: 20130519-23
• [学会発表] First-principles Study of Atomic Impurity States in Organic Semiconductors : Their Chemical Classification (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Tomita, T. Nakayama, S. Okada
  • 学会等名: 31st Int. Conf. Phys. Semicond. (ICPS2012)
  • 発表場所: Zurich Switzerland
  • 年月日: 20120731-0803
• [学会発表] Disorderinduced Schottky-barrier Changes at Metal/Semiconductor Interfaces; Firstprinciples Calculations (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kobinata, T. Nakayama
  • 学会等名: 31st Int. Conf. Phys. Semicond. (ICPS2012)
  • 発表場所: Zurich Switzerland
  • 年月日: 20120731-0803
• [学会発表] Dopingenhanced Stability of Catalytic Pt Ultrathin Films on Graphene Sheet : First-principles Calculations (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Park, T. Nakayama
  • 学会等名: 31st Int. Conf. Phys. Semicond
  • 発表場所: Zurich Switzerland
  • 年月日: 20120731-0803
• [学会発表] Oxygendoping-induced Band-gap Reduction in II-VI Semiconductors; Comparison to III-V Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Ishikawa, T. Nakayama
  • 学会等名: 31st Int. Conf. Phys. Semicond. (ICPS2012)
  • 発表場所: Zurich Switzerland
  • 年月日: 20120731-0803
• [学会発表] Firstprinciples study of band-gap reduction of II-VI semiconductors by Oxygen dopings; Comparison to III-V Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Ishikawa, T. Nakayama
  • 学会等名: 17th Int. Conf. Superlattices, Nanostructures, Nanodevices
  • 発表場所: Dresden Germany
  • 年月日: 20120722-27
• [学会発表] How and why loop currents are generated in molecular bridge systems : density-matrix calculation of time evolustion (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Nakayama, H. Iizuka, G. Anagama, Y. Tomita
  • 学会等名: ISANN 2011 (Int. Symp. Advanced Nanostructures and Nano-Devices)
  • 発表場所: Maui USA
  • 年月日: 20111204-09
• [学会発表] Firstprinciples study of metal-atom diffusion in graphene and organic solids : intrinsic difference from inorganic systems (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Tomita, T. Nakayama
  • 学会等名: ISANN 2011 (Int. Symp. Advanced Nanostructures and Nano-Devices)
  • 発表場所: Maui USA
  • 年月日: 20111204-09
• [学会発表] Physics of Schottkybarrier change by segregation and structural disorder at metal/Si interfaces : First-principles study (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Nakayama
  • 学会等名: ICSI-72011 (7th Int. Conf. Si Epitaxy and Heterostructures)
  • 発表場所: Leuven Belgium
  • 年月日: 20110828-0901
  • 招待講演
• [学会発表] Schottkybarrier change by structural disorders at metal/Si interfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kobinata, T. Nakayama
  • 学会等名: Simulation of Semiconductor Processes and Devices (SISPAD)
  • 発表場所: Osaka Japan
  • 年月日: 2011-09-10
• [学会発表] Stability and Schottky Barrier of Spin-polarized Fe3Si/Ge Interfaces; First-Principles Study
  • 著者名/発表者名: K. Kobinata, T. Nakayama
  • 学会等名: 8th Int. Conf. Silicon Epitaxy and Heterostructures (ICSI-8)
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
• [学会発表] Chemical Trend of Atomic Impurity States in Organic Semiconductor Films; Theoretical Investigation
  • 著者名/発表者名: Y. Tomita, T. Nakayama
  • 学会等名: 2012 Int. Conf. on Solid State Devices and Materials (SSDM2012)
  • 発表場所: Kyoto Japan
• [学会発表] Enhanced Stability of Catalytic Pt Ultrathin Films on Doped Graphene Sheets : Firstprinciples Study
  • 著者名/発表者名: T. Park, T. Nakayama
  • 学会等名: 6th Int. Symp. Surface Science (ISSS-6)
  • 発表場所: Tokyo Japan
• [学会発表] How and Why Loop Currents Are Generated in Molecular Bridge Systems : Density-Matrix Calculation of Time Evolution
  • 著者名/発表者名: H. Iizuka, T. Nakayama, G. Anagama
  • 学会等名: 6th Int. Symp. Surface Science(ISSS-6)
  • 発表場所: Tokyo Japan
• [図書] "計算科学に基づく半導体ナノ界面構造と電子物性の評価", 「ポストシリコン半導体-ナノ成膜ダイナミックスと基板・界面効果」4編1章2節 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中山隆史, 小日向恭祐
  • 総ページ数: 424-433
  • 出版者: (株)NTS出版
• [図書] "Atomic Structures and Electronic Properties of Semiconductor Interfaces", in "Comprehensive Semiconductor Science and Technology", Eds. Mahajan, Kamimura, and Bhattacharya (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Nakayama, Y. Kangawa, K. Shiraishi
  • 総ページ数: 113-174
  • 出版者: Elsevier B.V.
• [備考]
  • URL: http://phys8.s.chiba-u.ac.jp/nakayamal/index.html