2017 Fiscal Year Annual Research Report
Research on physical properties of SiGe clathrate having direct gap in visible region
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17H03234
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
久米 徹二 岐阜大学, 工学部, 教授 (30293541)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福山 敦彦 宮崎大学, 工学部, 教授 (10264368)
鵜殿 治彦 茨城大学, 工学部, 助教授 (10282279)
大橋 史隆 岐阜大学, 工学部, 助教 (20613087)
今井 基晴 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 上席研究員 (90354159)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 半導体クラスレート / 薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SiGe混晶クラスレート作製：SiGe混晶クラスレート作製のための前駆体Na(SixGe1-x)の作製について、粉末に関してはほぼ全組成での合成が確認された。一方、真空熱処理によりクラスレート化を行った結果、x～0.5付近では非晶質になることが分かった。また、x=0.1に固定しGeリッチ側でのゲストフリーSiGeクラスレートの作製をイオン液体を用いて行った。その結果、クラスレート化が確認され、現在詳しい試料の評価を行っている。
クラスレート化真空熱処理の最適化：新規に真空熱処理装置を立ち上げ、従来の真空下における処理だけでなく、HClやH2Oとの反応によるクラスレートの作製を可能にした。この装置を用い、ゲストフリーGeクラスレート薄膜を効率よく作製できることを確認した。
Geクラスレート薄膜の評価と光物性：サファイア基板上に作製したGeクラスレート薄膜について、その構造、元素組成を評価したうえで、光吸収測定を赤外・可視・紫外分光を用いて行った。その結果、ほぼNaが抜けていることが確認できた。吸収スペクトルには、バンド間遷移による吸収の立ち上がりの他に、低エネルギー側に向かって吸収が増加する自由キャリア吸収が強く観測された。これは、わずかに残存しているNaから生じた自由電子キャリアによるものと解釈される。今後、吸収スペクトルを、第一原理計算と比較を行い、バンド構造や状態密度に関する議論を行う予定である。
今年度の成果について、国際論文、国際会議、国内学会等で発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
SiおよびGeクラスレートの作製に関して、効率良く作製できる方法を見出し、従来の方法から一歩進んだといえる。SiGe混晶クラスレートの作製については、作製が難しい混晶組成の領域があるため、その組成での作製は苦戦しているが、それ以外ではおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度導入した赤外線ランプ加熱装置を本格稼働し、品質の高い薄膜クラスレートを作製する。また、物性測定の量と種類を増やし、より詳細な物性を明らかにする。第一理論計算との比較を通じてSixGe1-x混晶クラスレートの物性（バンドギャップ、光吸収係数、キャリア密度、キャリア移動度、キャリア寿命）を明らかにする。同時に、ダイヤモンド構造SiやGeとの相違点、類似点を整理し、特異な物性発現のメカニズムを解明する。
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