【公開日：2025.07.25】【最終更新日：2025.07.10】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22KT0025
利用課題名 / Title
AlN薄膜中の3d遷移金属の電子構造解明
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
外部利用/External Use
ARIM半導体基盤PF関連課題 / Related to ARIM-SETI
指定なし/No Designation
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）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）その他/Others
キーワード / Keywords
3d遷移金属,窒化アルミニウム,蛍光体,光電変換,電子顕微鏡/Electron microscopy
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)
今田 早紀
所属名 / Affiliation
京都工芸繊維大学 電気電子工学系
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
倉田 博基,山口 睦
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
KT-403：モノクロメータ搭載低加速原子分解能分析電子顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
ウルツ鉱型Ⅲ族窒化物のⅢ族サイトの一部を3d遷移金属（TM）で置換すると、バンドギャップ中に3d軌道由来の電子状態が形成され、多段階電子遷移や可視光発光が起こる。我々は、母体を窒化アルミニウム（AlN）薄膜とし、TiからCuまでの3dTMを添加したAlN薄膜（Al1-xTMxN）の合成と結晶学的、分光学的評価を行っている。本研究は、STEMにより得られる薄膜/結晶構造情報と、EELS分析により得られる電子状態情報を合わせて、3dTMが作る電子状態の空間分布を解明し、上記特性の発現機構解明と制御を目指すものである。2022年度は、3dTMとして、Mn（濃度：x～0.05）を選択し、薄膜平面分析を行った。
実験 / Experimental
Al1-xMnxN/SiO2ガラス基板(x～0.05)の平面観察試料を準備した。この試料は、c軸配向性ウルツ鉱型単結晶柱状構造を持つもので、Mn K端X線吸収端微細構造分析とL端X線吸収分光、L端発光分光分析により、MnがAlサイトを占有していること、その価数が主に2+であるが、わずかに3+が存在することなどがわかっているものである。この試料に対し、モノクロメータ搭載低加速原子分解能分析電子顕微鏡を用いてSTEMおよびEELS観察を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
図1にあらかじめ観察した試料の平面観察像(a)と、SPring-8 BL27SUで測定したMn L２，３端X線吸収スペクトルを示す。今回のEELS観察では、Mn2+とMn3+の特徴を有するEELSスペクトルが得られ、さらに柱状構造の径とMnの価数に相関があることがわかった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１(a) Al1-xMnxN/SiO2ガラス基板(x～0.05)の平面観察像。
(b)大型放射光施設SPring-8 BL27SUで測定したMn L２，３端X線吸収スペクトル。主として2p3d蛍光信号を検出したものである。グラフ中のGH、GVはそれぞれ励起X線の電場がウルツ鉱型結晶のc軸に並行、c軸に垂直であることを示す。わずかに異方性があるものの、どちらの電場でも点群TdのMn2+とが主成分で、Mn3+がわずかに混在した特徴を持つスペクトルであることがわかっている。
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