ルチル型遷移金属酸化物のMBE成長とそのデバイス化

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15760496
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 柳原 英人 筑波大学, 物理工学系, 講師 (50302386)
• Keywords: 二酸化クロム / エピタキシャル成長 / 反応性MBE / オゾン

Research Abstract

本研究課題は、反応性MBE法を用いてルチル型遷移金属酸化物、とくに二酸化クロム(CrO_29のエピタキシャル成長を行うことを目的としたものである。強磁性体であるCrO_2の単結晶膜は、真空蒸着法で成長させることは困難であることが知られており、常圧での化学気相成長法あるいは高庄下で熱分解によってのみ薄膜成長が可能である。通常、Crイオンは3価として安定に存在するため、4価であるCrO_2は準安定相である。したがって4価のCr酸化物を得るためには、より酸化を促進する工夫が必要である。
本年度は、まず蒸発源として金属Crを用いて酸素雰囲気中での反応性MBEを試みたが、従来の報告通りCr_2O_3エピタキシャル膜しか得られなかった。これに並行して、薄膜表面の成長状態を定量的に観察するために、反射式高速電子線回折(RHEED)像の自動取込装置の開発を行った。性能評価のためにマグネタイト(Fe_3O_4)のエピタキシャル成長状態を観察したところ、鏡面反射点強度が1/4単位胞の膜厚に対応して振動する現象が観察され、本取込装置をもちいることで、Fe_3O_4薄膜が原子層単位で成長する様子が観察できることがはっきりとした。一方、成膜時における酸化促進の工夫としてオゾン雰囲気でのMBE成長を行うため、純オゾン供給装置を導入した。調達先での開発に時間がかかり先日(16年2月末)納品されたところである。当初の予定に比べて遅れているものの、とりあえず今年度の目標である、RHEED自動取込装置の開発と、純オゾン供給装置の導入は達成された。16年度は、今年度に導入された装置を用いて、純オゾンによるCrO_2の成長の可能性について集中的に研究を行う予定である。