酸化亜鉛単結晶を用いたバリスタモデル

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本研究においては、酸化亜鉛の単結晶を育成することがまず主要な課題であった。塩化亜鉛を原料とする気相合成法で酸化亜鉛の単結晶の単結晶を育成した。原料供給部、水蒸気発生部及び反応部の温度、キャリアーガス及び水蒸気の流量を最適化した結果、最大で2×2×0.5mm程度の単結晶の育成に成功した。しかしながら、これらの結晶を接合し、4端子法によりI-V特性を測定するには結晶のサイズが十分でないので、現在水熱合成法により単結晶の大型化を試みている。酸化亜鉛バリスタのモデルとして、酸化チタン単結晶の接合による単一粒界バリスタを作製し、そのI-V特性を測定した。単結晶は浮遊帯溶融法で作製し、酸化チタンに酸化ニオブを添加することにより導電性を制御した。酸化ニオブを0.2mol%添加した試料では、a軸、c軸ともに半導体的な抵抗-温度特性を示すが、1%添加した試料では、c軸は金属的な抵抗-温度特性を示すようになった。各組成の試料について、a-a、a-c、c-cの各面を接合した単一粒界バリスタを作製した。I-Vの非直線性が大きくなるのはは半導体の活性化エネルギーが大きい方位同士を接合したときであった。酸化亜鉛では粒界の導電性はトンネル機構などによって説明されているが、酸化チタンでは熱活性化が主要な機構であることがわかった。また、バリスタを示す物質として、チタン酸バリウムの単結晶を浮遊帯溶融法で作製した。半導化材としてランタンまたはガドニウムを、最大3%と通常用いられるよりも高濃度添加し、これを水素還元することで、室温抵抗率が2×10^<-2>Ωcm程度まで低下することを見いだした。