酸化銅CuOの光伝導とギャップ内欠陥準位の制御に関する研究

氧化铜CuO的光电导性及能隙内缺陷能级控制研究

• 批准号: 08750349
• 负责人: 山口 博之
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Gunma University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08750349/
• 关键词: CuO; FZ法; 光伝導; ホール効果; 磁気抵抗; 移動度; バンド的伝導; 超伝導オプトエレクトロニクス素子

(A)CuO結晶の精製化:イメージ炉を用いて、酸素圧P_<02>=2atmで溶融帯移動を行う。現時点では、まだ大型単結晶を得るには至っていないが、多結晶ながらも良質の結晶(T=4.2Kでの移動度μ〜1×10^4cm^2/Vs)を育成。SEMによる表面観察から、グレインサイズは約0.5〜0.8mm程度。XRD解析(40kV/30mA)からは、CuO以外の不純物ピーク(Cu,Cu_2O)は観測されず。顕微ラマン分光より、T≦230KのAF相においてspin-phonon相互作用によるラマンピークの成長を観察。SQUIDにより、Neel温度のT_<N1>=230Kおよびincommensurate-comensurate相転移温度のT_<N2>=213Kにおいて磁化率の異常を観測。なお、欠陥濃度評価のための発光測定では、現在まで有意の信号を観測できず。四端子法から、室温での抵抗率ρ〜5×10^4Ωcm、室温以下での活性化エネルギーΔ〜0.46-0.71eV。(B)CuO結晶における光担体による電荷輸送現象の測定:ブロッキング電極を用いたくり返しパルス法により光伝導を測定。励起光エネルギー【planck's constant】≧2.1eVの場合、T=100K以下4.2まで光伝導が増大する特異な電気伝導性を観測。【planck's constant】≦1.5eVの場合も、T=75K付近での極小を伴うものの同様な傾向。ただし、【planck's constant】〜2.0eVの場合のみ、T=100K以下4.2Kまで光伝導が減少する一般的な振る舞い。一方、T=4.2Kにおける光伝導(【planck's constant】〜1.5eV)の磁気抵抗、ホール効果より、伝導光担体は正孔、μ〜1×10^4cm^2/Vs。この値はKoffybergらの報告するhopping conductionによるもの(μ〜1×10^<-1>cm^2/Vs at T=300K;m^*=7.9m_0)とは異なり、CuOにおける広い伝導バンドの存在を示唆。試行段階ではあるが、T=4.2Kでのサイクロトロン共鳴吸収も、バンド的伝導を支持。低温で増大するホール移動度を観測できたこともこれに合致。(C)Masumiの提案する超伝導オプトエレクトロニクス素子への応用:ゲート材料としては、少なくとも現時点ではCu_2Oを上回る特性は得られていないが、結晶性、接合面の作成方法などの改善を試行中。

(A)CuO crystallization purification: furnace temperature, acid pressure P_<02>= 2 atm, melting zone movement. At the present time, large single crystals are obtained, and good quality crystals (T=4.2K, mobility μ ~ 1×10^4cm^2/Vs) are grown. SEM observation of the surface of the film is about 0.5 ~ 0.8mm. XRD analysis (40kV/30mA) of impurities other than CuO and Cu (Cu, Cu_2O). Microscopic spectroscopy, T ≤ 230K AF phase, spin-phonon interaction, growth, etc. SQUID, Neel temperature T_<N1>=230K and incondensate-coma phase transition temperature T_<N2>=213K The measurement of the emission of light due to the lack of concentration is the measurement of the intentional signal. Four-terminal method: Resistance ρ ~ 5×10^4Ωcm at room temperature; Activation Δ ~ 0.46-0.71eV below room temperature. (B) Measurement of charge transport phenomena in CuO crystals: measurement of optical conductivity in CuO crystals by the optical method When the excitation light source is greater than 2.1eV, T=100K or less 4.2, the light conductivity increases, and the specific electrical conductivity is measured. [planck's constant] ≤ 1.5eV, T= 75K close to the minimum companion and the same tendency. In the case of T=100K and below 4.2 K, the light conduction decreases. A square, T=4.2K, optical conduction ([planck's constant]~ 1.5eV), magnetic resistance, optical conduction, optical conduction carrier, positive hole, μ ~ 1×10^4cm^2/Vs. This value indicates the existence of hopping conduction (μ ~ 1×10^<-1>cm^2/Vs at T=300K;m^*=7.9m_0) and CuO. The experimental stage is supported by resonance absorption and conduction at T=4.2K. Low temperature, high mobility, high temperature (C)Masumi's proposal to improve the properties of Cu_2O, crystallinity and joint surface is under trial.