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熊本市中央区黒髪2丁目39-1
熊本大学
大学院自然科学研究科
マテリアル工学科
工学部研究棟1 13階 1316号室

TEL(直通): 096-342-3723

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hashishin[at]msre.kumamoto-u.ac.jp

研究概要

研究詳細

本研究室では、無機材料と電子材料の専門分野をベースとし、炭素・酸化物などの形態および構造を制御した材料開発とその諸特性評価、並びにその材料をマイクロ・ナノオーダーでデザインされた電極基板に成膜した半導体デバイスによる新奇機能の発現を目指しています(詳細:研究内容)。

材料の構造制御

主に結晶成長に用いています。原料を気体流通式電気炉内に設置し、ガス種、ガス圧(流量)、温度などの条件によって、材料(炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭素など)の形態(針状、ファイバー状、チューブ状など)を制御できます。プラズマ環境下で励起させた場合、カーボンナノチューブをアレイ状に制御できます。

金属の板を溶液中で電気分解した時に、陽極が溶け出すと同時に溶液中の酸素成分によって酸化される現象を利用することで、酸化物の形態および構造を制御する方法です。ナノホールアレイ、ナノチューブアレイの酸化膜(アルミナ、チタニアなど)を調製できます。印加電圧、溶液種、液温などの条件を変化させることで、口径、アレイ長さ、膜組成を制御できます。

密閉容器の内容積が変化しない状態で容器内の水溶液を約200℃に加熱した時、水が容器内で沸騰することによって容器内の圧力が大気圧の10倍程度になります。この密閉容器内の圧力効果をナノサイズでの化学反応場に利用し、酸化物半導体(酸化タングステン、酸化スズ、酸化セリウムなど)に加え、複合酸化物(チタン酸バリウムなど)を調製できます。

キャラクタリゼーション

本研究室でキャラクタリゼーションを行う時の主な目的を以下に示しています。

  • 粉末X線回折(Powder XRD):生成物の同定、結晶の面配向指数、結晶子サイズの算出、リートベルト解析による格子定数の精密化。
  • 走査型電子顕微鏡(SEM):マイクロ・ナノサイズの形態的特徴を二次電子像(SEI)または反射電子像(BEI)として観察。
  • 透過型電子顕微鏡(TEM):ナノ領域での高分解能透過像による原子配列の観察および制限視野回折による局所構造観察。暗視野・明視野による結晶ドメインの特定。
  • 原子間力顕微鏡(AFM):SEMやTEMを利用し難いが、表面形態を観察したい場合に利用。
  • 走査トンネル分光(STS):I-V曲線から材料のバンドギャップを評価。トンネル電流をバイアス電圧で微分することで、電子状態密度を評価。
  • ラマン分光(Raman spectroscopy):主に、ナノカーボンのG-bandとD-bandの相対強度比(G/D比)を評価。
  • X線光電子分光(XPS):結合エネルギーシフトから酸化物半導体の結合状態や価数を評価。
  • X線吸収微細構造(XAFS):酸化物半導体へのX線照射による内殻電子の励起に起因して得られる吸収スペクトルから、着目元素の局所構造(周囲の原子種、配位原子の数、原子間距離)を評価。

材料特性の評価

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