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月刊機能材料 2008年3月号

【特集】高品質エピタキシャル薄膜の作製・デバイス化

商品コード: M0803

  • 発行日: 2008年2月5日
  • 価格(税込): 4,320 円
  • 体裁: B5判
  • ISBNコード: 0286-4835

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目次

特集:高品質エピタキシャル薄膜の作製・デバイス化

特集にあたって
Introduction
太田裕道(名古屋大学 大学院 工学研究科 化学・生物工学専攻 准教授)


パルスレーザー堆積法による複酸化物薄膜のエピタキシー
Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films by Pulsed Laser Deposition
大西剛(東京大学 物性研究所 助教)

 パルスレーザー堆積法では高融点な酸化物材料を容易に薄膜化できるため、高温超伝導材料、高・強誘電材料、巨大磁気抵抗材料、電界誘起抵抗変化材料など、多種多様な機能性酸化物材料の薄膜作製に広く用いられている。シンプルな装置構成で、だれにでも簡単に薄膜が得られることも大きな特徴である。本稿では、このように万能とさえ思われているパルスレーザー堆積法の実際を解説する。

【目次】
1. はじめに
2. ホモエピタキシャル成長
2.1 酸化物エレクトロニクスにおけるSrTiO3
2.2 PLD法特有の薄膜成長条件
2.3 SrTiO3薄膜の格子膨張
2.4 薄膜のマイクロストラクチャーと組成
2.5 複酸化物薄膜の組成変動
3. アブレーション条件の不確定性
3.1 レーザーエネルギーの不確定性
3.2 レーザー照射面積の不確定性
4. アブレーション条件の精密制御
4.1 レーザーエネルギーの計測
4.2 レーザーエネルギーの制御
4.3 レーザー照射面積の計測と制御
5. おわりに


ペロブスカイト酸化物界面の原子層成長制御
Atomic-Layer Growth Control of Perovskite Oxide Heterointerfaces
大友明(東北大学 金属材料研究所 助教)

 最近、異なる金属酸化物の界面が示す新奇な物性に関心が集まっている。界面電子状態の解明や制御に向けた実験的アプローチでは、エピタキシャル薄膜の原子層成長技術が必要不可欠である。本稿では、パルスレーザー堆積法による成長機構について、動力学的な観点から説明を試みる。また、界面の原子層制御技術の現状について、いくつか例をあげて紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. SrTiO3のホモエピタキシャル成長
3. 酸素欠損変調超格子
4. ヘテロ接合超格子
5. おわりに


フラックスエピタキシー:酸化物完全単結晶薄膜への挑戦
Flux-mediated Epitaxy toward Perfect Single Crystal Films of Complex Oxides
松本祐司(東京工業大学 応用セラミックス研究所 准教授)

 従来の薄膜気相成長では、非平衡プロセスであるがゆえに、多結晶化や蒸気圧の違いによる組成ずれ、異相制御などの問題が、組成と構造がより複雑な酸化物薄膜の高品質化を阻んでいる。ここでは、こうした問題を解決する一つのアプローチとして、フラックス溶液を高温・真空下で安定化し、気相薄膜プロセスと組み合わせた“フラックスエピタキシー”法について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. フラックスエピタキシーの概念
3. フラックスエピタキシーの実施例
3.1 123系高温超伝導単結晶薄膜の合成
3.2 強誘電体Bi4Ti3O12単結晶薄膜の合成
3.3 ScAlMgO4エピタキシャル薄膜の合成
4. おわりに


反応性固相エピタキシャル成長法
Reactive Solid-phase Epitaxy Method
杉浦健二(名古屋大学大学院 工学研究科 博士後期過程2年)
太田裕道(名古屋大学大学院 工学研究科 准教授)

 「反応性固相エピタキシャル成長法」により、従来はエピタキシャル薄膜化が不可能だった層状複合酸化物の高品質エピタキシャル薄膜が作製できるようになった。本稿では、一例として、近年熱電変換材料として期待されている層状コバルト酸化物のユニークなエピタキシャル薄膜作製手法について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 反応性固相エピタキシャル成長法
3. 層状コバルト酸化物
3.1 NaxCoO2
3.2 Na0.3CoO2・1.3H2O
3.3 SrxCoO2
3.4 Ca3Co4O9
4. おわりに


ワイドギャップp型半導体LaCuOSeの高濃度正孔ドーピングと発光デバイス応用
Heavy Hole Doping and Light-emitting Device Application of Wide Gap p-type Semiconductor,LaCuOSe
平松秀典((独)科学技術振興機構 ERATO-SORST 研究員)
神谷利夫((独)科学技術振興機構 ERATO-SORST グループリーダー;東京工業大学 応用セラミックス研究所 准教授)
平野正浩((独)科学技術振興機構 ERATO-SORST グループリーダー;東京工業大学 フロンティア研究センター 客員教授)
細野秀雄((独)科学技術振興機構 ERATO-SORST 総合責任者;東京工業大学 応用セラミックス研究所 教授;フロンティア研究センター 教授)

 層状オキシカルコゲナイドLaCuOSeはワイドギャップp型半導体で、室温においても青色の励起子発光が観察される興味深い新材料である。その高品質エピタキシャル薄膜の作製から、最近達成された1021cm-3を超える高濃度正孔ドーピングと、発光LED応用までを紹介する。

【目次】
1. はじめに―新材料探索とエピタキシャル成長―
2. 高濃度正孔ドーピング
3. 発光ダイオード
4. おわりに


酸化物半導体の薄膜トランジスタへの応用
Application of Oxide Semiconductors to Thin Film Transistor
野村研二((独)科学技術振興機構 ERATO-SORST 研究員)
神谷利夫((独)科学技術振興機構 ERATO-SORST グループリーダー;東京工業大学 応用セラミックス研究所 准教授)
太田裕道((独)科学技術振興機構 ERATO-SORST;名古屋大学 大学院 工学研究科 准教授) 
平野正浩((独)科学技術振興機構 ERATO-SORST グループリーダー;東京工業大学 フロンティア研究センター 客員教授)
細野秀雄((独)科学技術振興機構 ERATO-SORST 総合責任者;東京工業大学 応用セラミックス研究所 教授;フロンティア研究センター 教授)

 近年の急速な電子通信・情報システムへの要求の高度化・多様化に伴い、光・電子デバイスへの要求も複雑化してきている。われわれはこのような問題に対し、酸化物をベースとした新しい半導体材料を開発することで、これらの要求に応えようと考えている。本章では、酸化物半導体の薄膜トランジスタ(TFT)への応用について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 層状酸化物半導体材料を用いた透明TFT
2.1 InGaO3(ZnO)5単結晶薄膜のキャリア輸送特性
2.2 InGaO3(ZnO)5単結晶チャネルを用いた透明TFT
3. 透明アモルファス酸化物半導体
3.1 a-In-Ga-Zn-Oの構造
3.2 a-In-Ga-Zn-Oのキャリア輸送特性
3.3 a-In-Ga-Zn-Oチャネルを用いたTFTのデバイス特性
4. おわりに


強相関酸化物ヘテロ構造によるスピンエレクトロニクス素子
Spintronics Device Based on Heterostructured Strongly Correlated Oxides
田中秀和(大阪大学 産業科学研究所 極微プロセス研究分野 准教授)
神吉輝夫(大阪大学 産業科学研究所 生体ゆらぎに学ぶ知的人工物と情報システムプロジェクト 特任助教)
鷹尾伏純一(大阪大学 大学院 基礎工学研究科 物質創成専攻 博士前期課程2年)
川合知二(大阪大学 産業科学研究所 極微プロセス研究分野 教授)

 強磁性体をはじめとする遷移金属酸化物ヘテロ構造において、キャリア数を電場・光などの外場により制御することにより、伝導と磁性が巨大応答する強相関電子系デバイスの創製が可能となる。室温以上で強磁性を保つ(La,Ba)MnO3、および室温を大きく超えた高温での強磁性の変調を可能とする(Fe,Zn)3O4を用いた電界効果トランジスタ構造における強磁性の電界変調を中心に紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 実験方法
3. (La,Ba)MnO3薄膜の強磁性
3.1 (La,Ba)MnO3薄膜における格子ひずみ誘起室温磁性
3.2 室温強磁性(La,Ba)MnO3電界効果トランジスタ
3.3 ヘテロ構造における電界制御磁性の直接評価
4. 強相関電子系高温磁性半導体
4.1 スピネルFe系酸化物薄膜
4.2 (Fe,Zn)3O4強磁性電界効果トランジスタ
5. まとめと展望


金属酸化物薄膜を用いた抵抗変化型不揮発性メモリー
Non-volatile Resistance-switching Memory in Metal Oxide Thin Films
大久保勇男(東京大学 大学院 工学系研究科 応用化学専攻 助教)

 次世代不揮発性メモリーの候補として抵抗変化型不揮発性メモリー(ReRAM)の研究・開発が盛んに行われている。金属-絶縁体-金属を基本素子構造とするシンプルな構造が特徴で、この基本素子構造に電圧を印加するだけで抵抗が大きく変化する。さまざまな材料で発現するこの抵抗変化現象は、そのメカニズムが未解明であり、この研究において最大の課題となっている。本稿では、コンビナトリアル手法を用いたわれわれの研究を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. コンビナトリアル電極探索
3. どこで抵抗変化が起きているのか?―Al-Pr0.7Ca0.3MnO3界面
4. まとめと今後の展望


Material Report
R&D
表面亀裂を自己治癒する構造用セラミックスの開発と応用
Development of Structural Ceramics with Self-healing Ability to Surface Crack and its Application
安藤柱(横浜国立大学 大学院 工学研究科 機能発現工学専攻 教授)

 構造用セラミックスはもろいために、多くの課題が存在している。この課題を克服する手段としては、自己亀裂治癒能力の利用が有用である。このような考え方から、筆者らのグル-プでは、自己亀裂治癒能力が優れた構造用セラミックスを開発した。本稿では、基本的な亀裂治癒挙動とその能力を応用したセラミックス部品の利用方法について解説した。

【目次】
1. はじめに
2. 基本的な亀裂治癒挙動
2.1 亀裂治癒挙動の雰囲気および温度依存性
2.2 亀裂治癒材の高温強度特性
3. セラミックスのその場亀裂治癒挙動
4. 機械加工材の亀裂治癒挙動
5. 亀裂治癒能力を応用したセラミックス要素の品質保証方法
6. おわりに


連載 SPring-8の産業利用(19:最終回)
放射光硬X線光電子分光の物性評価への応用:
ハードディスク用ダイヤモンド様カーボン上の有機潤滑膜
Application of Hard X-ray Photoemission Spectroscopy to Material Science using Synchrotron Radiation:Lubricant Molecule on Diamond Like Carbon(DLC)for Hard Disk
池永英司((財)高輝度光科学研究センター 利用研究促進部門 研究員)

 第3世代高輝度放射光X線と高エネルギー用電子分光器を組み合わせることで、硬X線領域でも高いエネルギー分解能で光電子分光が行われるようになった。この硬X線光電子分光では、従来行われてきた光電子分光に比べて検出深さが数十倍程度深く、非常に広い応用範囲をもち、さまざまな物質材料に対する電子構造の研究が行われている。本稿では、硬X線光電子分光の装置、特徴・性能を紹介し、実施例についてハードディスクに用いられている有機潤滑膜への応用を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 硬X線光電子分光
2.1 硬X線励起による光電子分光法
2.2 実験
3. 基本性能と特性
3.1 分解能とスループット
3.2 バルクプローブ特性
3.3 界面プローブとしてのHAXPES
4. 有機潤滑膜への応用
5. おわりに


シリーズ 分子エレクトロニクスの基盤技術(2)
単一光子計測技術
Single Photon Counting Technology
瀧口義浩(浜松ホトニクス(株) 中央研究所 材料研究室 主任部員;光産業創成大学院大学 教授)

【目次】
1. はじめに
2. 光電効果
3. 波長感度特性と光検出材料
4. ポイント光子検出技術
4.1 光電子増倍管
4.2 半導体フォトダイオード
4.3 ハイブリッド光電子検出器
4.4 時間相関単一光子計数法
5. 2次元光子検出技術
5.1 EBとEM型CCDカメラ
5.2 インテリジェント・ビジョンシステム
5.3 3管式冷却CCDカメラ
5.4 分光計測
5.5 ストリークカメラ法
6. 熱雑音による信号/雑音比への影響
7. おわりに


Market data
マイクロ・ナノバブル発生装置の市場動向
【目次】
1. 概要
2. 応用動向
3. 市場規模
4. 企業動向
(1) 東洋建設
(2) 丸紅/協和機設
(3) オプトクリエーション
(4) 昭和薬品工業
(5) シャープ
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