価数制御と格子欠陥由来の自己組織化による特異な酸化物表界面の構築と新物質創製

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13J06933
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 山内 涼輔 東京工業大学, 総合理工学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: サファイア / 酸化ニッケル / 薄膜結晶成長 / 双晶

Outline of Annual Research Achievements

鏡面研磨サファイアc面基板を1273 Kで熱処理すると、その表面には高さ0.22 nmのステップ&テラス構造が形成される。その基板上にLixNi1-xO薄膜を堆積後、赤外集光加熱でわずか60秒熱処理することで周期的なナノ溝構造（回折格子構造）が自己組織化形成されることをこれまでに見出していた。当該年度では、この現象の機構解明を試みた。そのために、この自己組織化形成された回折格子構造の断面透過型電子顕微鏡観察を行った結果、隣り合う薄膜テラス同士で結晶ドメインが鏡像関係にあることが、薄膜テラス同士の癒合を妨げて周期的に溝を形成する推進力となっていることが予想された。サファイアc面上への酸化ニッケルの結晶成長に関して、基板と膜の格子ミスマッチを最表面原子層の幾何の相似性から考察する、レイヤーマッチングエピタキシー（LME）モデルを新たに立てた。このモデルにより、サファイアの隣り合うテラス同士でNiOの結晶ドメインが鏡像関係になるように結晶成長する原因は、NiOが、サファイア単位胞の1/6周期に現れる酸素原子層と格子整合することだと考えた。このモデルから、サファイアの原子ステップの高さが2倍になれば、サファイア上にNiOはバイエピタキシャル成長せずにユニエピタキシャル成長することが予想された。サファイアの原子ステップを一様に2倍の高さにする報告はこれまでなかったが、その形成熱処理条件を見出し、その基板上にNiOを堆積した結果、LMEモデルから予想される通り、NiOはサファイア上にユニエピタキシャル成長した。この結果は、立方晶の機能性薄膜をサファイア上に結晶成長させたときに、双晶面（欠陥）を完全になくすことができる可能性があることを示唆しており、今後、様々な立方晶の機能性酸化物がバイステップサファイア基板上に堆積されることで、新機能創出や性能向上がもたらされると考えられる。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。