【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.03.31】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23KT1299
利用課題名 / Title
高機能酸化物薄膜の作製と評価
利用した実施機関 / Support Institute
京都大学 / Kyoto Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials
キーワード / Keywords
透明導電膜, 希薄磁性半導体, エピタキシャル成長,酸化物,X線回折/ X-ray diffraction,スピントロニクス/ Spintronics
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
中村 敏浩
所属名 / Affiliation
京都大学 国際高等教育院 化学教室
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
北川彩貴,栗原悠花
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
高橋英樹,古谷直大
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
KT-310：X線回折装置
KT-333：触針式段差計（加工評価室）
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
近年、高機能かつ化学的に安定な酸化物が新規エレクトロニクス材料として注目されている。我々の研究室では、希薄磁性半導体の母体材料として透明導電膜を用いた新規酸化物スピントロニクス材料の開発を進めている。今回、酸化インジウムスズ（ITO: Indium Tin Oxide）に遷移金属Crを少量添加した薄膜をイットリア安定化ジルコニア（YSZ: Yttria Stabilized Zirconia）単結晶基板上に作製し、その結晶性をX線回折（XRD：X-ray diffraction）により解析した。さらに、薄膜の結晶性が電気・磁気・光学特性に与える影響を調べた。
実験 / Experimental
RFマグネトロンスパッタリング法によりYSZ単結晶基板上に作製したCrドープITO薄膜について、ロッキングカーブ測定（2Θ/ωスキャン）や極点測定などのXRD測定を行った。また、触針式段差計による膜厚の測定も行った。
結果と考察 / Results and Discussion
図1にYSZ単結晶基板上に作製したCrドープITO薄膜のXRDパターンを示す。さらに、図2にYSZ(111)単結晶基板上に作製したCrドープITO薄膜の極点測定結果の一例を示す。このように極点測定等も駆使し、エピタキシャル成長膜が得られていることを確認した。また、触針式段差計を用いて測定した膜厚の値を用いて薄膜の抵抗率を求めて導電性を解析したところ、CrドープITOエピタキシャル成長膜は10-4 Ωcmオーダーの低い電気抵抗率を示した。さらに、紫外可視透過吸収分光測定によりCrドープITOエピタキシャル成長膜の透明性を調べた結果、可視光領域で約90 %の高い透過率が確認された。加えて、CrドープITOエピタキシャル成長膜の磁化測定を行ったところ、室温において磁気ヒステリシスが得られた。これらの実験データに基づいてCrドープITOエピタキシャル成長膜の結晶性が電気・光学・磁気特性に与える影響を解析した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 YSZ単結晶基板上に作製したCrドープITO薄膜のXRDパターン
図2 YSZ単結晶基板上に作製したCrドープITO薄膜の極点図（ステレオ投影図）
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Saiki Kitagawa, Sputter epitaxy and characterization of manganese-doped indium tin oxide films with different crystallographic orientations, Journal of Applied Physics, 134, (2023).
DOI: 10.1063/5.0165569
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Saiki Kitagawa, Effect of Crystallinity on Magnetic Properties in Manganese-Doped Indium Tin Oxide Films, 2023 IEEE International Magnetic Conference (INTERMAG), 294, 1-5(2023).
DOI: 10.1109/INTERMAG50591.2023.10265075
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 北川彩貴, 中村敏浩, 「MnドープITOエピタキシャル成長膜の物性に対する結晶方位依存性」, 21a-P03-8, 2023年 第84回応用物理学会秋季学術講演会（2023年9月19日～9月23日, 熊本城ホール）.
- S. Kitagawa, R. Kawamura, and T. Nakamura, "Deposition Temperature Dependence of the Electrical, Optical, and Magnetic Properties of Polycrystalline Manganese-Doped Indium Tin Oxide Films," Advanced Materials Research Grand Meeting (MRM2023/IUMRS-ICA2023) [9th International Symposium on Transparent Conductive Materials & 13th International Symposium on Transparent Oxide and Related Materials for Electronics and Optics (TCM-TOEO 2023)], Kyoto, Japan, December 11-16, 2023.
- 栗原悠花, 北川彩貴, 中村敏浩, 「CrドープITOエピタキシャル成長膜の作製および物性評価」, 23a-P07-18, 2024年 第71回応用物理学会春季学術講演会（2024年3月22日～3月25日, 東京都市大学世田谷キャンパス）にて発表予定.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件