酸化亜鉛結晶粒界に特有な電子状態の解明および酸化亜鉛単一粒界デバイスの創成

阐明氧化锌晶界特有的电子态并创建氧化锌单晶界器件

基本信息

批准号：
04J11469
负责人：
佐藤幸生
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

研究代表者はZnOの結晶粒界におけるPr添加物の偏析挙動ならびに非直線電流一電圧特性の発現原理について重要な知見を得るため、2枚のZnO単結晶を接合して、Prを添加したZnO単一粒界を作製した。その粒界に対して、電流一電圧測定、高分解能走査透過型電子顕微鏡法(STEM)による観察および第一原理計算による安定原子配列・Pr偏析の予測を併行して行った。詳細な比較・検討の結果、PrはZnO粒界に酸化物などの粒界層を形成せずにZnO-ZnO粒界の特定の原子位置に偏析することが明らかとなった。また、このPrは非直線電流一電圧特性の直接の起源ではなく、Zn空孔などのアクセプタ型点欠陥の形成を促進する役目を果たすことが示唆された。一方、研究代表者はこれまでに学術論文誌に発表してきた成果の概説をJournal of the American Ceramic SocietyのFeature Articleに発表した。この論文においては、これまでに研究代表者が明らかにしてきた、(1)ZnO結晶粒界の原子構造およびその原子構造を特徴づける構造ユニットの配列原理、(2)ZnO結晶粒界におけるPr添加物の偏析挙動およびPrが非直線電流一電圧特性の発現に及ぼす役割、(3)ZnO結晶粒界の相対方位関係と粒界Pr偏析量、非直線性の相関性について報告し、全体としてZnO結晶粒界における原子構造、Pr偏析、電気特性の関係についてまとめを行った。

为了获得有关Pr添加物在ZnO晶界的偏析行为以及非线性电流-电压特性的发展原理的重要知识，研究代表将两个ZnO单晶连接起来，获得了添加Pr的ZnO单晶。边界已创建。使用电流-电压测量、高分辨率扫描透射电子显微镜 (STEM) 和第一原理计算来观察晶界，以预测稳定的原子排列和 Pr 偏析。详细的比较和研究的结果表明，Pr在ZnO-ZnO晶界的特定原子位置偏析，而不在ZnO晶界形成氧化物等晶界层。也有人认为，Pr并不是非线性电流-电压特性的直接根源，而是起到促进受主型点缺陷（例如Zn空位）形成的作用。与此同时，首席研究员在《美国陶瓷学会杂志》的专题文章中发表了迄今为止已在学术期刊上发表的研究结果的概述。在本文中，主要研究者阐明了以下内容：（1）ZnO晶界的原子结构以及表征原子结构的结构单元的排列原理；（2）Pr添加在ZnO晶界处的偏析行为。和 Pr 是非线性的。 (3)ZnO晶界相对取向、晶界Pr偏析量和非线性之间关系的作用我们总结了偏析与电性能之间的关系。