(独)物質・材料研究機構は6月4日、神奈川科学技術アカデミー、東京大学と共同で、安価なガラス基板上に単結晶並みの品質を持った酸化物薄膜結晶を成長させる手法を開発したと発表した。酸化物薄膜結晶を用いた低コストで高性能なデバイス開発が期待できるという。
■チタン酸ストロンチウムにも適用可能
高品質の薄膜結晶の成長はエレクトロニクスデバイスの高性能化に極めて重要で、現在は結晶構造が似た単結晶を基板とし、その上にエピタキシャル成長法で配向の制御された欠陥の少ない薄膜結晶を作り出す方法が一般に用いられている。しかし、単結晶を基板とするこの方法は、高コストで大面積化が難しいといった課題を抱えている。
研究グループは今回、酸化物ナノシートと呼ばれる厚さ1nm(ナノメートル、1nmは10億分の1m)のシート状単結晶を種結晶とし、大きさ数μm(マイクロメートル、1μmは100万分の1m)以上の配向の揃った結晶粒からなる薄膜結晶を得ることに成功した。具体的には、層状酸化物結晶を剥離して得られる酸化物ナノシートをガラス基板上に敷くナノシートシード層法と、熱処理によって大きな結晶粒に成長させる固相結晶化法という手法を組み合わせ、種結晶から薄膜結晶を成長させた。
この手法を用いて酸化チタン透明導電膜を作製したところ、単結晶薄膜に匹敵する電気伝導率と電子移動度が得られたという。新手法は代表的な酸化物エレクトロニクス材料であるチタン酸ストロンチウムにも適用できることが確認されており、酸化物薄膜結晶を用いた新たなデバイス開発につながる成果としている。

従来のナノシートシード層法と今回開発した結晶成長法の模式図(提供:物質・材料研究機構)