序論 細野秀雄
1 本書の内容 1
2 背景と意義 2
3 我々のアプローチ 2
4 透明導電性酸化物から開けた新しいフロンティア:透明酸化物半導体 4
5 12CaO・7Al2O
3のナノ構造と活性アニオンを活用した機能開拓 6
6 これからの課題 7
第I編 透明酸化物半導体
第1章 透明酸化物の電子構造概論 神谷利夫
1 電子構造と材料設計 11
2 固体の電子構造:バンドギャップと光,電気物性 12
3 バンドギャップの成因 14
4 固体の電子構造:シリコンを例に 16
5 もう一度絶縁体,半導体,金属:教科書と実際 18
6 半導体中の光吸収:透明とはどういうことか 19
7 高い電気伝導性,高性能デバイス材料とはどういうことか:有効質量,移動度,キャリアー密度 20
8 良い導電体,半導体を作るためには 21
9 もう一度酸化物の電子構造:共有結合性半導体との違い 22
10 高移動度酸化物の設計 23
11 固体の電子構造を表すパラメーター 24
12 酸化物半導体のバンドアライメント:ドーピングの問題 25
13 酸化物では電子が動きやすく,正孔が動きにくい:なぜ透明酸化物ではp型半導体がなかったか 28
14 n型酸化物でシリコンを超える 29
第2章 透明p型導電性酸化物とpn接合デバイス
1 透明p型導電性酸化物 柳博 33
1.1 はじめに 33
1.2 材料設計 33
1.2.1 構成元素の選択 33
1.2.2 結晶構造の選択 35
1.3 透明酸化物におけるp型伝導 38
1.3.1 Cu系デラフォサイト型酸化物 38
1.3.2 SrCu2O2 40
1.4 デラフォサイト型酸化物のn型化と両極性伝導の実現 41
1.5 デラフォサイト型酸化物の電子状態 42
2 薄膜成長 太田裕道 46
2.1 はじめに 46
2.2 反応性固相エピタキシャル成長法 46
2.3 ホモロガス相InGaO3(ZnO)m(m=自然数) 47
2.4 層状コバルト酸化物 50
2.5 まとめ 50
3 pn接合デバイス 太田裕道 54
3.1 はじめに 54
3.2 透明酸化物エピタキシャル薄膜デバイス用単結晶ITO透明電極 54
3.3 p-SrCu2O2/n-ZnOヘテロ接合紫外発光ダイオード 55
3.4 p-NiO/n-ZnO透明紫外線センサー 57
3.5 おわりに 61
4 酸化物半導体を用いた電界効果型トランジスタ 野村研二 63
4.1 はじめに 63
4.2 透明トランジスタ 63
4.3 ホモロガス化合物透明酸化物半導体InGaO3(ZnO)m(m=自然数) 64
4.4 InGaO3(ZnO)5のキャリア輸送機構 65
4.5 高性能透明FET 67
第3章 層状化合物 平松秀典 神原陽一
1 はじめに 71
2 オキシカルコゲナイド 72
2.1 エピタキシャル成長 72
2.2 光物性 74
2.2.1 室温で安定な励起子と2次元的な電子構造 74
2.2.2 光学非線形性および励起子間相互作用 76
2.3 電子物性 78
2.3.1 正孔輸送特性 78
2.3.2 透明p型縮退伝導 80
2.4 発光ダイオード 80
3 オキシプニクタイド 82
3.1 はじめに 82
3.2 オキシプニクタイドの結晶構造と電気的磁気的性質 83
3.3 超伝導化合物LaFeOP 84
3.3.1 サンプル合成及び物性測定 85
3.3.2 LaFeOP及び不純物置換体の超伝導物性 85
3.3.3 超伝導体としてのLaFeOPの特徴 87
4 おわりに 90
第II編 アモルファス酸化物半導体
第1章 アモルファス半導体とフレキシブルデバイス 細野秀雄
1 アモルファス半導体の歩みとデバイス応用 97
2 透明イオン性アモルファス酸化物半導体 98
3 イオン性アモルファス酸化物半導体の特徴 100
第2章 フレキシブルエレクトロニクスとアモルファス半導体 野村研二
1 はじめに 102
2 TFT応用へ向けたアモルファス酸化物半導体の材料探索指針:In-Ga-Zn-O(IGZO)三元系 103
3 a-IGZOの構造 106
4 a-IGZOのキャリア輸送特性 106
5 透明フレキシブルTFT 110
6 おわりに 111
第3章 p型アモルファス酸化物半導体と室温で形成したpn接合ダイオード 神谷利夫
1 p型アモルファス酸化物半導体の設計指針 114
2 アモルファスxZnO・Rh2O3薄膜の作製と構造 115
3 アモルファスxZnO・Rh2O3の光・電気特性 118
4 アモルファスZnO・Rh2O3を使った全アモルファス酸化物pn接合の室温形成 119
第4章 アモルファス酸化物半導体TFTとそのOLED駆動素子への応用 雲見日出也
1 序説 124
2 AOSTFT 126
2.1 スパッタ成膜によるAOS TFT 126
2.2 半導体材料 128
2.3 TFT構造,ゲート絶縁層材料,電極材料 130
2.4 パターニングプロセス 131
2.5 ポストデポジションアニール 132
2.6 安定性,信頼性,均一性 132
3 AOS TFTの回路 133
4 OLED駆動素子への応用 135
5 跋語 135
第5章 透明アモルファス酸化物半導体の電子ペーパーへの応用 伊藤学
1 はじめに 138
2 電子ペーパー 139
2.1 電子ペーパーとは 139
2.2 マイクロカプセル型電気泳動方式のE Ink電子ペーパー 141
2.3 電子ペーパーのフレキシブル化 143
3 アモルファス酸化物半導体の電子ペーパーへの応用 146
3.1 PEN基板上への酸化物TFTアレイの試作例 146
3.2 E Ink電子ペーパーの駆動 147
4 コスト削減への取り組み—印刷法の適用— 148
5 おわりに 150
第III編 ナノポーラス複合酸化物12CaO・7Al2O3
第1章 ナノポーラス結晶C12A7とガラスの特徴 細野秀雄 155
第2章 CZ法によるC12A7単結晶の育成 蔵重和央
1 はじめに 160
2 検討方法 161
3 評価方法 162
4 CZ法による単結晶育成結果 162
5 評価結果 164
6 今後の課題 166
第3章 酸素ラジカル包接C12A7 林克郎
1 活性種としての酸素イオンO2- 169
2 活性酸素O-,O2 -の包接 170
3 真空中へのO-イオン発生 174
第4章 水素化物イオンの包接 林克郎
1 H-イオンの生成と絶縁体—導電体変換 177
2 絶縁体—導電体変換機構 179
第5章 エレクトライド
1 エレクトライドの製法 金聖雄 183
1.1 はじめに 183
1.1.1 エレクトライドとは 183
1.1.2 ナノポーラスC12A7結晶からなるエレクトライド 183
1.2 製法 185
1.2.1 金属蒸気中での還元処理による合成 185
1.2.2 融液状態からの直接的合成 187
1.2.3 還元雰囲気での熱処理による合成 191
1.3 これからの課題 192
2 エレクトライドの基本特性 松石聡 194
2.1 C12A7-フリー酸素=“エレクトライド” 194
2.2 エレクトライドの歴史 196
2.3 エレクトライドに包接された電子の状態 197
2.4 C12A7エレクトライドの電子物性 199
2.5 まとめ 203
3 エレクトライドの用途(1)電子源など 戸田喜丈 神谷利夫 206
3.1 序論 206
3.2 電子放出とC12A7:e-の電子構造 206
3.3 C12A7:e-からの熱電界電子放出 208
3.4 C12A7:e-からの電界電子放出 209
3.5 これからの展開 210
4 エレクトライドの用途(2)冷電子発生とFED 小野円佳 ウエブスター暁 伊藤節郎 213
4.1 Field Emission Display (FED) 213
4.2 FED用エミッタ材料としてのC12A7エレクトライド 213
4.3 粉末状のC12A7エレクトライド粉末エミッタ素子の作製 217
4.4 C12A7エレクトライド粉末エミッタ素子の電界電子放出特性 219
4.5 粉末エミッタ素子の電界電子放出特性の解析及び設計指針 220
4.6 C12A7エレクトライド粉末エミッタ素子の課題 223
第6章 イオン打ち込みによる活性アニオンの包接 宮川仁
1 はじめに 226
2 プロトンイオン打ち込み 226
3 希ガスイオン打ち込み 227
4 重金属イオン打ち込み 231
5 おわりに 233
第IV編 シリカガラス
第1章 シリカガラスの特徴と不思議 細野秀雄
1 はじめに 237
2 構造と主な特徴 237
3 シリカガラスの不思議 239
第2章 シリカガラスの光学特性 梶原浩一 Linards Skuja
1 はじめに 241
2 シリカガラスの非化学量論性(化学的欠陥) 243
3 シリカガラスの歪Si-O-Si結合(物理的欠陥) 244
4 フッ素ドープシリカガラス(モディファイドシリカ) 245
5 SiOH基とF2レーザー光との相互作用 247
6 リンドープシリカガラスにおける構造変化 249
第3章 シリカガラスにおける原子・分子の包接・拡散・反応 梶原浩一
1 はじめに 251
2 格子間水素種 252
3 格子間酸素種 254
4 格子間水分子 257
5 格子間窒素分子 258
第4章 深紫外透明光ファイバー 大登正敬
1 はじめに 260
2 フッ素ドープシリカファイバーの作製方法ならびに諸特性 261
2.1 フッ素ドープシリカファイバーの構造 261
2.2 フッ素ドープシリカファイバーの透過特性 262
2.3 紫外レーザー照射に対する耐久性 263
2.4 水素処理と照射耐久性 265
2.5 フッ素ドープシリカファイバーの透過率改善 267
3 フッ素ドープファイバー応用製品 268
3.1 融着バンドル 268
3.2 真空チャンバー用ファイバー 269
3.3 コリメートレンズ付き分岐ファイバーユニット 270
3.4 先鋭化ファイバー 270
4 まとめ 271
第5章 パルスESEEMによるシリカガラス中の希土類イオンの配位構造 斎藤全 松石聡
1 はじめに 273
2 パルスEPR-ESEEMを用いた中距離構造解析 274
3 希土類イオン共ドープシリカガラス試料作製とその評価法 275
4 Ce3+ドープシリカガラス 277
4.1 Ce3+ドープシリカガラスの発光特性 277
4.2 パルスEPR-ESEEMを用いたCe3+周囲の配位構造 278
5 ER3+ドープシリカガラス 283
5.1 ER3+ドープシリカガラスの光学特性 283
5.2 シリカガラス中のER3+の配位構造における共ドープイオンの役割 284
第6章 合成シリカガラスと露光機用レンズ材料 菊川信也 生田順亮
1 はじめに 289
2 合成シリカガラスの光透過性 291
2.1 不純物による吸収損失 291
2.2 構造欠陥による吸収損失 291
2.3 ガラスの中長期構造の乱れによる散乱損失 293
3 耐光性 294
3.1 透過率変化 294
3.2 密度変化 297
4 合成シリカガラスの製造方法 299
第V編 フェムト秒レーザーによる透明材料のナノ加工
第1章 フェムト秒レーザーを用いた材料加工の特徴 細野秀雄 平野正浩
1 透明酸化物とレーザーとの相互作用:なぜレーザー励起か 305
2 フェムト秒レーザーによる材料加工 307
3 レーザーホログラムの特徴 309
第2章 フェムト秒干渉露光による周期ナノ構造の形成 河村賢一
1 フェムト秒レーザーシングルパルス干渉露光法 312
2 表面レリーフ型マイクログレーティング 314
3 光誘起構造変化を利用した屈折率分布型グレーティングの書き込み 317
4 多重露光による試料表面への2次元周期ナノ構造の作製 319
5 透明試料の内部への加工 321
第3章 微小光学素子への応用と材料加工メカニズム 河村賢一 黒堀利夫
1 光導波路上へのマイクログレーティングの書き込み 327
2 LiF単結晶への光導波路と分布帰還型カラーセンターレーザーの作製 327
3 フェムト秒レーザーによる透明材料加工のメカニズム 331
3.1 光伝導による種電子生成の観測 331
3.2 プリパルス照射によるマイクログレーティングの書き込み閾値の抑制と,グレーティング形状の制御 335
4 おわりに 339