励起子トランジスタの創成と励起子輸送の学理探求：情報担体へ進化する励起子

激子晶体管的创建和激子输运理论的探索：激子演化为信息载体

• 批准号: 21H01372
• 负责人: 板垣 奈穂
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01372/
• 关键词: 励起子トランジスタ; 励起子輸送; 酸窒化物半導体; スパッタリング; 量子構造

当該年度は，非局在型の「室温・長寿命励起子」の実現を目指し，①新材料ZION のシュードモルフィック成長の実現，②励起子寿命ならびに励起子発光メカニズムの解明，に注力した．①のシュードモルフィック成長については，ZION膜の単結晶成長に有利なZnO基板を使用し，かつ膜成長時における吸着原子のマイグレーションに有利なO極性面を使用することで，これを実現した．高分解能透過型電子顕微鏡による観察からは，O極性ZnO基板とZION薄膜界面には，原子レベルで急峻なZION/ZnOヘテロ界面が形成されていることが分かった．TEM像からZION膜の原子間距離を算出したところ，O極性面上では少なくとも15 MLまでは原子間距離が基板と等しく，世界で初めてとなるZION膜のシュードモルフィック成長が観察された（本成果はJ. Mater. Res.誌に招待論文として掲載）．また平行して，コスト面で圧倒的に有利なサファイア基板上へのZION膜の単結晶成長も試みた．基板と膜との間の大きな格子不整合率（18%）がボトルネックとなるが，代表者が開発した「逆Stranski-Krastanov 法」によりサファイア基板上においても高品質膜が形成可能であることが示された．②については，まず時間分解フォトルミネッセンスにより励起子発光寿命を評価した．結果，非輻射再結合寿命はpsecオーダーと短く，これがデバイス性能を支配する可能性が示された．非輻射再結合中心の密度は10^17-10^18 /cm3と見積られ，これは不純物もしくはZn欠損との複合欠陥によるものと考えられる．今後は，原料の高純度化を行うとともに，成膜温度や成膜後の降温レート・降温時の雰囲気等を制御することで，非平衡下で形成されやすいとされる点欠陥の発生の抑制に注力し，励起子輸送の実現を目指す．

在这个财政年度，我们的目的是实现离域的“室温，长寿激子”，重点是1）实现新材料锡安的假形态增长，以及2）阐明激子的寿命和激子发射机制。关于1中的伪形生长，这是通过使用ZnO底物来实现的，ZnO底物对Zion膜的单晶生长有利，并使用对膜生长过程中吸附原子迁移有利的O极平面。使用高分辨率透射电子显微镜进行观察表明，在O以极性ZnO底物和Zion薄膜的界面形成了陡峭的Zion/ZnO杂界面。当从TEM图像中计算锡安薄膜的原子间距离时，原子间距离等于O-polar平面上的底物，并且观察到世界上第一个Zion膜的伪形生长（该结果在J.Mater。Res。发表在J.Mater。Res。）。此外，我们还试图在蓝宝石底物上种植锡安膜的单晶，这些层是具有成本效益的。底物和膜之间的较大晶格不匹配率（18％）变成了瓶颈，但是代表人开发的“逆stranski-krastanov方法”表明，高质量的膜也可以在蓝宝石底物上形成。对于②，首先使用时间分辨的光致发光评估激子发射寿命。结果，非速度重组寿命比PSEC顺序的寿命短，表明这可能控制设备性能。估计非速度重组中心的密度为10^17-10^18/cm3，这被认为是由于具有杂质或锌缺陷的复合缺陷所致。将来，我们将专注于减少可能通过增加原材料的纯度以及控制膜形成温度，膜形成后的温度降低以及温度降低时的大气等来减少在非平衡中形成的点缺陷的发生。

项目成果

Comparison between Ar+CH4 cathode and anode coupling chemical vapor depositions of hydrogenated amorphous carbon films

• DOI: 10.1016/j.tsf.2021.138701
• 发表时间: 2021-04
• 期刊: Thin Solid Films
• 影响因子: 2.1
• 作者: S. Hwang;R. Iwamoto;T. Okumura;K. Kamataki;N. Itagaki;K. Koga;T. Nakatani;M. Shiratani

窒素添加スパッタ法による高移動度アモルファス In2 O3 :Sn 薄膜の作製

加氮溅射法制备高迁移率非晶In2O3:Sn薄膜

• 发表时间: 2021
• 作者: 御堂雄大;山下大輔;奥村賢直;鎌滝晋礼;古閑一憲;白谷正治;板垣奈穂
• 通讯作者: 板垣奈穂

Fabrication of Low-Resistive Amorphous In2O3 :Sn Films at 600°C by Magnetron Sputtering Using Nitrogen

氮气磁控溅射在 600°C 制备低电阻非晶 In2O3:Sn 薄膜

• 发表时间: 2022
• 作者: N. Itagaki;Y. Mido;Z. Shen;N. Yamashita;T. Okumura;K. Kamataki;K. Koga;M. Shiratani
• 通讯作者: M. Shiratani

Epitaxial Growth of Atomically Flat Single-crystalline (ZnO) (InN) Films on O-polar ZnO Substrates by Magnetron Sputtering

利用磁控溅射在 O 极 ZnO 衬底上外延生长原子级平坦单晶 (ZnO) (InN) 薄膜

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Narishige;N. Yamashita;K. Kamataki;T. Okumura;K. Koga;M. Shiratani;N.Itagaki
• 通讯作者: N.Itagaki

逆Stranski-Krastanovモードによる単結晶ZnO薄膜のスパッタリング成膜:窒素流量の影響

使用反 Stranski-Krastanov 模式溅射沉积单晶 ZnO 薄膜：氮气流量的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 三石遼;山下尚人;矢高功太郎;奥村賢直;鎌滝晋礼;古閑一憲;白谷正治;板垣奈穂
• 通讯作者: 板垣奈穂