ECSAM法による異種単原子層の交互積層する特異な層状化合物の創製と新規物性探索

通过交替堆叠不同的单原子层来创建独特的层状化合物，并使用 ECSAM 方法探索新的物理性质

基本信息

批准号：
22656156
负责人：
乾晴行
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

電析法は簡便な成膜法としてメッキなどで広く工業的に用いられるが,原子レベルで構造制御が可能な高度な結晶成長法とは通常は考えられていない.しかし,電析条件によっては,異種単原子層を順次,交互に電析することができ,電析法でも原子ステップ単位で結晶構造の制御が可能で,安定相ではない層状構造物質の創製できる可能性がある.本研究では,安定相としては閃亜鉛鉱型構造を持つ半導体CdTeのカソード電析により,Cd単原子層,Te単原子層を交互に積層し,金単結晶基板上に非平衡な層状化合物の作製を試みた.金(111)面を基板とすると,異種単原子層が交互に電析するが,6角原子配列を保つため,安定相の閃亜鉛鉱型構造となった.安定相のため,数μmにわたって単結晶として結晶成長した.金(001)面を基板とすると,10%程度の大きな格子ミスフィットにもかかわらず,成長初期にエピタキシャル成長が起こり,四角配列原子層の交互積層に対応するL1_0型構造が形成された.しかし,この結晶成長は長く続かず,優先成長方位の<111>柱状晶に阻害され,高々,100nm程度で成長が阻止されてしまう.電析電位や浴組成の関数として,L1_0型構造が結晶成長する条件を探索したが,100nm程度の成長が最高値であった.他の閃亜鉛鉱型構造を取る化合物半導体についても同様の実験を行ったが,ZnTbでL1_0型構造の僅かな成長が見られたものの,CdSe, ZnSeでは安定相しかえられなかった.これらの金基板との格子ミスフィットを考えると,非平衡相L1_0型構造の形成には5%を越える大きな格子ミスフィットが必要であると結言できる

电沉积是一种简单的成膜方法，在工业上广泛用于电镀等，但通常不被认为是可以在原子水平上控制结构的先进晶体生长方法。但是，根据电沉积条件，，不同的单原子层可以顺序和交替沉积，并且即使使用电沉积方法也可以在原子步骤的基础上控制晶体结构，从而可以创建具有非稳定相的层状结构的材料。本研究通过阴极沉积具有闪锌矿结构作为稳定相的半导体CdTe，交替沉积Cd单层和Te单原子层，并在金单晶基底上沉积非导电层进行了尝试。以金（111）表面为基底时，交替沉积不同的单原子层，但由于保持了六方原子排列，因此形成了具有稳定相的闪锌矿结构。由于稳定相的存在，晶体生长为数微米以上的单晶。当使用金（001）面作为衬底时，尽管存在约10%的大晶格失配，但在生长的早期阶段发生了外延生长。在正方形排列的原子层中形成了L1_0型结构，这对应于交替堆叠。作为电沉积电位和浴组成的函数，我们搜索了L1_0型结构的晶体生长条件，发现约100 nm的生长是最高值，对其他具有闪锌矿结构的化合物半导体进行了类似的实验。，但是尽管在 ZnTb、CdSe 中观察到 L1_0 结构略有增长，在ZnSe中，考虑到这些与金基底的晶格失配，可以得出结论，需要超过5%的大晶格失配才能形成非平衡相L1_0型结构。