【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.24】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NR0070
利用課題名 / Title
化合物半導体薄膜材料のナノスケール結晶方位測定
利用した実施機関 / Support Institute
奈良先端科学技術大学院大学 / NAIST
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
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）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）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（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
光デバイス/ Optical Device,異種材料接着・接合技術/ Dissimilar material adhesion/bonding technology,X線回折/ X-ray diffraction,電子顕微鏡/ Electronic microscope,エレクトロデバイス/ Electronic device,赤外・可視・紫外分光/ Infrared/visible/ultraviolet spectroscopy
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)
田中 秀和
所属名 / Affiliation
大阪大学 産業科学研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters in the Hub and Spoke Institutes
服部 賢
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NR-201：多機能分析走査電子顕微鏡
NR-301：X線構造解析装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本研究では、VO₂やAlNといった機能性化合物半導体薄膜材料の結晶構造とそのナノスケールでの方位分布を高精度に評価することを目的とする。これらの材料は、光・電気・熱応答特性を活用したスマートデバイスやMEMS素子への応用が期待されており、高性能の引き出し、また性能の安定化には結晶方位の制御が不可欠である。実験ではX線回折（XRD）走査電子顕微鏡(SEM)を用い、薄膜内部の配向やナノーマイクロ構造を解析し、さらに光学特性を調査することで、成膜条件と結晶性の関係性を明らかにし、高性能デバイス開発に資する基礎データの取得を行った。
実験 / Experimental
利用者の研究室で作製したVO2薄膜、AlN薄膜に対し、NR-301 X線構造解析装置（Rigaku SmartLab9kW/IP/HY/N）を用いて、逆格子マッピング測定を主とした3次元結晶配向情報を詳細に調査し、基板とのエピタキシャル関係、ひずみ分布などの定量的な分布を測定した。また、NR-201 多機能分析走査電子顕微鏡（SEM)（JEOL IT800（SHL）を用いて、薄膜表面のナノ-マイクロ構造を観察するとともに、カソードルミネッセンス発光測定を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
Al2O3(001)、TiO2(110)単結晶基板上に作成したVO2薄膜に対し、X線逆格子マッピング（RSM）を行った結果、結晶歪みの分布には基板との対称性や格子ミスマッチとの明確な相関が見られた。具体的には、基板との結晶軸の整合性が高い方向に沿って歪みが強く現れ、対称性の低い方向では歪みが緩和されている傾向が確認された。これにより、VO₂薄膜内の歪み分布は基板との格子整合条件に依存しており、エピタキシャル成長の初期過程で形成される界面構造がその後の結晶性や相転移特性に大きく影響を及ぼすことが示された。また、AlNのCL評価に関しては結晶性に依存した発光特性が得られた。これらの結果は、薄膜のミクロスコピックな結晶構造の違いが高性能化のカギになることを明示しており、薄膜作成の条件へとフィードバックすることで特性向上につながる知見が得られた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
100 nm-VO2/Al2O3(001)のXRD曲線
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)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
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