2019 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, 理工学研究科(工学野), 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 | IV族半導体クラスレート |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SiGe混晶クラスレートNax(SiyGe1-y)136については、クラスレートを生成可能な領域Si/Ge < 2/8 またはSi/Ge > 8/2の内、Geリッチ側についての薄膜化を検討した。RFスパッタリング法により作製したSi/Ge混合アモルファス薄膜を出発材料として用い、本科研費で開発した小型熱処理装置により、Naの蒸着、赤外線加熱を真空下で連続的に行うことにより、薄膜状のSiGeクラスレートの作製にはじめて成功した。これまでの手法で、最低でも２日間必要であった作業工程が、半日に短縮され、効率の良い試料作製を実現した。現在は、膜作製の最適条件を探るため、様々な条件下（温度、時間）での試料作製を行っている。
Geクラスレート（NaxGe136）については、サファイア基板上へ作製した薄膜試料に対して、赤外・可視紫外光吸収測定、ホール効果測定を詳細に行い、自由キャリア吸収強度、電気抵抗率がNa量の減少と共に系統的に変化する（吸収強度の減少、抵抗率の増加）ことを見出した。これは、Naがドナーとして働いていることを強く示唆する結果である。また、新たに開発した熱処理装置による薄膜作製を行ない、これまでに比べ、短時間でかつ高品質の薄膜が形成されることを確認した。
Siクラスレート薄膜の作製に関して、Ｉ型とII型の構造の異なるクラスレートが混在する問題がある。これについては、真空熱処理の条件によりその比率が変化することを見出している。現在、よりII型の比率の多い良質な膜を得るための最適化を行っている。
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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
本科研費の主題であるSiGe混晶クラスレートについて、新しく開発した熱処理装置による薄膜作製手法に目途がついた。加えて、昨年までに開発した、電界を印加する手法によるゲストフリー化に道筋が見えている。今後、ゲストフリーSiGe混晶クラスレート薄膜の光学物性・電子物性測定により、諸物性が解明されるであろう。
以上の事から、研究の進捗は、概ね順調に推移していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
SixGe1-x混晶クラスレート薄膜作製をSiリッチ側、Geリッチ側について広範に行い、良質な膜が作製できた物から随時、構造評価、物性評価を行う。
具体的には以下の項目からなる。
１. 透明基板上へのSixGe1-x膜の作製と新装置によるNa蒸着と熱処理によるクラスレート化。
２. ゲストフリー化のため、必要ならば電界を印加する手法により、Naを除去する。
３. クラスレート薄膜の評価：XRD、ラマン散乱、SEM、赤外可視紫外吸収測定、EDXなど試料評価を行うと共に、ホール測定など電子物性評価を行う。実験的に得られた、光学物性データ（光吸収係数、屈折率、発光スペクトル）、電子物性データ（キャリア密度、移動度など）を第一原理計算に基づく予測と比較を行い、クラスレートの物性理解を深める。
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