量子ビームおよび不安定核を利用した酸化亜鉛中不純物ドナーの状態解析と電気特性制御

使用量子束和不稳定核对氧化锌中杂质施主进行状态分析和电学性质控制

• 批准号: 22K12661
• 负责人: 佐藤 渉
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12661/
• 关键词: 酸化亜鉛; 電気伝導度; 摂動角相関; ドナー; インジウム; 熱拡散; 不純物; 希薄磁性; 酸化亜鉛; 電気伝導度; 摂動角相関; ドナー; インジウム; 熱拡散; 不純物; 希薄磁性

酸化亜鉛（ZnO）は不純物の導入によって光学特性や電気特性が大きく変化する。従って、不純物の存在状態を把握し制御することは、機能性材料としての応用を目指す上でも大変重要である。我々はこれまで、ZnO中でドナーとして機能するインジウム（In）を不純物として添加したIn-doped ZnO（IZO）を合成し、111Cd（←111In）をプローブとするγ線摂動角相関（PAC）法でZnO中の不純物In周辺の局所構造を調べてきた。詳細な解析の結果、固相反応法によって導入された不純物InはZnO中でZnIn2O4を基本骨格とするナノ構造体を形成し、この構造体が伝導電子を散乱するため、電気伝導の妨げとなっていることが判明した。従って本研究では、一度形成したナノ構造体を解体し、InをZn位置に置換させる方法の確立を目指して実験を行った。石英管中に真空で封じた試料を1273 Kで加熱し、これを室温に戻して開封し、PAC測定を行った。その後再び別の石英管に真空封入して熱処理をした後にPAC測定をするという操作を複数回繰り返した。その結果、Zn置換成分が真空中での熱処理時間とともに増加することが明らかとなった。これは、ナノ構造体からInが離脱し、熱拡散によってZn格子点に移動したことを示唆する結果である。真空加熱によってナノ構造体から酸素原子が脱離して電荷バランスが崩れ、Inが放出されたものと考えられる。さらに、プローブを含まない試料にPAC測定試料と同様の熱処理を行って電気伝導度を測定し、Zn置換成分比との関係を調べたところ、きれいな相関が観測された。

当引入杂质时，氧化锌（ZnO）急剧改变其光学和电性能。因此，理解和控制杂质的存在对于将应用作为功能材料非常重要。我们以前已经合成了掺杂的ZnO（IZO），其中im（IN）作为ZnO中的捐赠者作为杂质掺杂，并使用gamma-ray扰动角度相关（PAC）方法使用111cd（PAC）方法研究了ZnO中杂质的局部结构。详细的分析表明，固相反应方法引入的杂质形成了Znin2O4作为ZnO中基本框架的纳米结构，并且该结构散布了导电电子，从而导致电气传导的障碍。因此，在这项研究中，我们进行了一个实验，目的是建立一种拆除曾经形成并用Zn位置替换的纳米结构的方法。将密封在石英管中的样品在1273 K处加热，并在返回室温时打开样品，并进行PAC测量。然后，重复该过程多次，将真空密封在另一个石英管中，进行热处理并进行PAC测量。结果，发现随着真空的热处理时间，Zn取代的成分增加。该结果表明，IN与纳米结构分离，并通过热扩散移至Zn晶格点。据信，真空加热导致氧原子从纳米结构取消，从而导致电荷平衡受到破坏，并释放。此外，当对无探针样品进行与PAC测量样品相似的热处理以测量电导率，并检查了与Zn取代成分比率的关系时，观察到了美丽的相关性。