Device Material Lab.

概 要: Overview

ナノデバイス・材料物性学 研究室では,ナノテクノロジーをキーワードにして,林靖彦教授・西川亘助教のグループが主として有機材料を, 山下准教授が無機半導体材料を対象として,基礎的物性研究から実用デバイスの製造プロセスの研究まで, 幅広く研究を行っています。本ページでは,山下グループの概要を紹介します。

山下グループ
  再生可能なエネルギー源として中心的役割を果たすべき太陽電池は半導体でできています。 太陽電池で作られた直流の電気を交流にする素子や,発電所で作られた電気を制御して使う素子やスイッチなども半導体で作られ, この素子で消費される電力を減らすことは,大きな省電力に繋がります。 また,今日では電気を用いる多くの電気製品にコンピューター(計算機)が組み込まれています。 安価なパーソナルコンピューターや高度な人工知能(AI)を可能にしたのも計算機の発達におかげですが, もちろんその心臓部(いや,頭でしょうか)は半導体です。 21世紀の明かりは半導体の発光により照らされ,多くのディスプレイも半導体の発光を利用され, 電気エネルギーを効率的に使うことに役立っています。このように電気を作るところから高度で効率的な電気の使い方まで, 半導体がその主役を担っています。このようなことが可能となっているのは,従来から使われてきているシリコン材料の高機能化や, 窒化ガリウムや炭化シリコンのような新しい半導体材料の開発によるものです。 我々の研究室では,このような半導体材料の高機能化に向けての基礎研究を行っています。
   デバイスにする半導体材料は主に結晶という,原子がきちんと整列し格子を組んだ状態のものを用います。 しかしながら,結晶の中には原子の並びが乱れたところや不純物が紛れ込んでいるところがあります。 そういうところを結晶欠陥と言います。転位欠陥というのも線状に原子の並びがずれた結晶欠陥です。 素子の微細化が進むにつれて,これまで問題にならなかったような結晶欠陥をきちんと制御する必要が出てきたり, 太陽電池の効率を上げるために悪影響を及ぼす結晶欠陥を探して低コストで低減する必要がでてきたり, 新しい半導体材料が用いられるまでには結晶中の欠陥制御法を開発する必要がでてきたりします。
  そこで,私たちは,そのような結晶欠陥の基本的特性(電子状態や構造,運動など)を調べる研究や, 欠陥の制御法を探索する研究を行っています。対象としている半導体は,現在最も広く用いられているシリコンを中心として, 近年,電力素子として実用化が進められている炭化シリコン(シリコンカーバイド)や酸化ガリウムなどです。 水素は,それ自身が不純物として半導体中に入って欠陥となりますが,他の欠陥とも様々に相互作用することから, 基礎・応用の両面から注目されています。本研究室でも,水素関連の欠陥や水素と他の欠陥の相互作用による特性変化を重点的に研究しています。 これらの基礎的な研究により欠陥の特性を明らかにしたうえで,その特性を利用した欠陥の制御法を提案するような研究をしています。 私たちはこのような研究を通して,エネルギー問題の解決に貢献したいと考えています。          

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