平成9年度科学研究費補助金奨励研究実績報告書


研究機関名  長岡技術科学大学
研究種目名  奨励研究A
課題番号   09750808
研究課題名  酸化物膜の高速エピタキシャル成長プロセス
研究組織
 研究代表者 斎藤秀俊(長岡技術科学大学工学部助教授)
   研究分担者 なし

研究実績の概要
 
 大気圧開放型CVD装置を用いると、酸化物膜は比較的速い速度で配向成長する。本研究では、ステップ高さ0.39nm,平均テラス幅150nmの格子ステップを表面に持つSrTiO3単結晶上に<001>エピタキシャルアナターゼ膜を作製した。原子間力顕微鏡(AFM)法によると膜の表面は多核成長による多数の結晶粒子で占められていた。良好な単結晶膜を作製するためには沿面成長の実現が理想的であり、そのためには高速エピタキシーの成長機構を理解することが必要となる。本研究の目的は高速エピタキシー過程におけるアナターゼの成長機構を解明することであり、最終的に良好な結晶成長の障害となる因子を決定する。核形成段階からの成長過程をAFMで観察すると、沿面成長によって結晶成長が開始され途中で多核成長に変わることがわかった。さらに沿面成長過程を詳細に調査するとアナターゼ結晶は平均0.61nmの高さでステップを形成し、多核成長に移行する前まで120nmの振幅および200nmの波長でゆらぎながら成長していた。以上の結果は、成長の過渡現象が良質な結晶成長の障害であり、過渡現象の要因がステップの不整合とゆらぎにあることを強く示唆する。アナターゼの成長様式はStanski-Krastanov(SK)型である。沿面成長の臨界膜厚の実験値は0.61nmであった。一方、ステップゆらぎは高過飽和下で結晶が沿面成長するときに起こる。本研究における原料過飽和度は約12%であり、安定成長の過飽和度1.4%を大きく上回っている。そのためにステップは大きくゆらぎ不安定化する。  

結果の公表
1.「原子間力顕微鏡法を用いたエピタキシャルTiO2膜の成長過程」、砂山英樹、田中教雄、大塩茂夫、斎藤秀俊、日本化学会支部合同新潟地方大会講演要旨集p.110  
2.「酸化チタンの高速エピタキシャル成長機構」、砂山英樹、田中教雄、大塩茂夫、斎藤秀俊、日本セラミックス協会第10回秋季シンポジウム講演予稿集p.426  
3.「エピタキシャルTiO2の核形成過程」、田中教雄、砂山英樹、大塩茂夫、斎藤秀俊、第58回応用物理学会学術講演会講演予稿集p. 
4."Orientation relationship between chemical vapor deposited anatase and strontium titanate substrate", Hidetoshi Saitoh, Hideki Sunayama, Norio Tanaka and Shigeo Ohshio, Abstracts of 1997 Fall Meeting of the Materials Research Society, p.34
5."Initial growth process of epitaxially chemical vapor deposited titanium dioxide crystallites", Hidetoshi Saitoh, Hideki Sunayama, Norio Tanaka and Shigeo Ohshio", Abstracts of 3rd Okinaga Symposium, p.101. This paper received Young Scientists award.
6.「TiO2ステップのフラクタル次元」、砂山英樹、田中教雄、大塩茂夫、斎藤秀俊、日本セラミックス協会98年年会講演予稿集p. 499. 
 
平成10年度日本セラミックス協会年会発表OHP1「TiO2ステップのフラクタル次元」
7.「大気圧CVDによるZnO膜のヘテロエピタキシー」、佐藤実、田中教雄、大塩茂夫、斎藤秀俊、日本セラミックス協会98年年会講演予稿集p. 497. 
平成10年度日本セラミックス協会年会発表OHP2「大気圧CVD法によるZnO膜のヘテロエピタキシー」



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C齋藤秀俊