量子計算支援によるバルク2DEG窒化物の高純度試料合成と高熱電性能の開拓

利用量子计算支持合成高纯度块状 2DEG 氮化物样品并开发高热电性能

• 批准号: 22KJ1339
• 负责人: 木村 茂
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1339/
• 关键词: 二次元電子ガス; 窒化物; 高純度合成; 電子構造

●層状窒化物半導体の高純度合成と電子構造評価2次元の自然超格子構造を持つ遷移金属化合物は、通常の3次元的な構造をとる化合物には見られない、特異な電子物性を示す。AETMN2（AE = Sr, Ba、TM = Ti, Zr, Hf）は、絶縁体層と伝導層が積層した層状構造を持ち、伝導帯下端が2次元のTM dxy軌道で形成されると報告されていた。これはSrTiO3/LaAlO3ヘテロ界面と類似した2次元電子ガス構造をバルク内で内包すると見ることができ、特異な電子物性が期待できる。しかし、これまで不純物を多く含んだ試料の合成例しかなく、AETMN2本来の半導体物性は明らかにされていなかった。本研究では、AETMN2の高純度バルク試料を合成し、電気特性を評価することを目的とした。窒素源にアジ化ナトリウムを用い、最適化した熱処理温度で固相反応させることで、純度90mol%以上のAETMN2バルク焼結体を合成することに成功した。拡散反射率測定から得られたバンドギャップは、SrTiN2で1.7 eV、BaZrN2で2.0 eV、BaHfN2で2.2 eVであり、第一原理計算により得たバンドギャップと整合した。全てのAETMN2の抵抗率は半導体的な温度依存性を示し、活性化エネルギーがSrTiN2の2.7 meVからBaHfN2の116 meVまで増加した。また、ゼーベック係数は負であり、SrTiN2の-28 μV/KからBaHfN2の-117 μV/Kにかけて増加したことから、キャリア濃度の減少が示唆され、光電子分光測定により得られたフェルミ準位の推移と一致した。欠陥形成エネルギー計算から、Ba化合物では窒素欠損や大気中の酸素・水素による不純物ドープが抑制され、キャリア濃度が減少し、抵抗率が増加したと考えられる。AETMN2バルク試料の高純度化によって初めて、電子構造を明らかにした。

Low layer smothering compound semiconductor の electronic structure evaluation of high purity synthetic と 価 2 dimensional の natural superlattice structure を hold は つ migration metal compounds, usually の a 3 dimensional な tectonic を と る compound に は see ら れ な い, specific な electronic property を す. AETMN2 (AE = Sr, Ba, TM = Ti, Zr and Hf) は layer, never try と 伝 guide が product layer し た layered structure を hold ち, 伝 guide 帯 against a rail bottom が 2 yuan の TM で form さ れ る と report さ れ て い た. こ れ は SrTiO3 / LaAlO3 ヘ テ ロ interface と similar し た 2 dimensional electronic ガ ス tectonic を バ ル ク within で insourcing す る と see る こ と が で き, specific な electronic property が expect で き る. し か し, こ れ ま で impurity content を く more contain ん だ sample の synthetic example し か な く, AETMN2 originally の semiconductor property は Ming ら か に さ れ て い な か っ た. The purpose of this study is to で た, synthesize を and evaluate the electrical properties of AETMN2 <s:1> high-purity バ バ <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> とを とを とを とを とを とを とを. Smothering element source に ア ジ change ナ ト リ ウ ム を い, optimization し た 処 manage で temperature solid instead 応 さ せ る こ と で, purity of more than 90 mol % の AETMN2 バ ル ク 焼 nexus of contracts を synthetic す る こ と に successful し た. Company, scattered reflectivity measurement か ら have ら れ た バ ン ド ギ ャ ッ プ は, SrTiN2 で 1.7 eV, BaZrN2 で 2.0 eV, BaHfN2 で 2.2 eV で あ り, first principles calculation に よ り have た バ ン ド ギ ャ ッ プ と integration し た. All て の AETMN2 の は semiconductor resistance rate な temperature dependency を し, activeness エ ネ ル ギ ー が SrTiN2 の 2.7 meV か ら BaHfN2 の 116 meV ま で raised plus し た. ま た, ゼ ー ベ ッ ク は negative で あ り, SrTiN2 の - 28 mu V/K か ら BaHfN2 の - 117 mu V/K に か け て raised plus し た こ と か ら, キ ャ リ の reduce が ア concentration in stopping さ れ, photoelectron spectroscopic determination に よ り must ら れ た フ ェ ル ミ quasi a の goes と consistent し た. Owe 陥 form エ ネ ル ギ ー computing か ら, Ba compound で は smothering element owe loss や large 気 の acid water element, element に よ る impurity content ド ー プ が inhibit さ れ, キ ャ リ ア concentration が が reducing し, resistance rate raised し た と exam え ら れ る. AETMN2バ に <s:1> <s:1> high-purity によって initial めて, electronic structure を clear ら に に た た.