大野 裕

多結晶材料は、組織の複雑さと粒界の多様性により、普遍的な高性能化指針が不明確でした。本研究では、大量の実用多結晶ウェーハに対するデータ収集・機械学習・理論計算の連携により、一般粒界の構造・物性の理論構築を行う多結晶材料情報学を開拓します。その有用性を、データ科学によって設計され理論に裏付けされた多結晶組織を有し、優れた特性を示す太陽電池用スマートシリコンインゴットの創製により実証します。

LT結晶育成における転位形成と多結晶化発生メカニズム解明

軽量高効率近赤外光電素子のためのGe双晶超格子の形成にむけて

半導体中の転位、粒界、ドーパント・不純物原子(点欠陥)を研究対象とし、同一欠陥に対して原子配列を透過電子顕微鏡法、電気特性（電気伝導度と少数キャリア寿命）を透過電子顕微鏡内での電気・光学測定法、また組成分布をアトムプローブ法で調べ、個々の欠陥が電気伝導特性に及ぼす影響を評価します。

「格子欠陥が担うエネルギー・環境材料に関する挑戦課題」に関するシンポジウム

「格子欠陥が担うエネルギー・環境材料に関する挑戦課題」に関するシンポジウム

欠陥反応制御による太陽電池用シリコン結晶の高機能化

透過電子顕微鏡内に設置された試料の顕微鏡観察領域に任意波長の光を照射し、電子顕微鏡(TEM)観察下でフォトルミネセンス分光、ラマン散乱分光およびカソードルミネセンス(CL)分光測定ができる新しい研究手法を開発してきました。この手法のユニークな点は、電子あるいは光の照射により局所的に電子励起状態となった試料に対し、顕微鏡観察によってマクロな結晶構造をとらえながら、顕微鏡では調べにくい、その内部における微小格子欠陥の生成・消滅・移動などの挙動を光学的測定により直接調べられることです。本手法に関連するいくつかの研究を招待講演で紹介します。

透過電子顕微鏡観察(高速電子の照射)下で観察領域中に任意波長を持つ高輝度な局在近接場光(数10nm以下)を形成し、局所的な光学応答(電子励起による原子構造・電子状態変化および付随する光学的特性変化)を透過電子顕微鏡法と分光(フォトルミネセンス・ラマン分光など)測定法で評価する研究法を開発します。3次元構造変化と光学応答との相関に関するデータを同時に同一条件で得ることでナノメーター領域における光学応答の機構を原子・電子のレベルで解明し、新奇ナノ機能の創製を目指します。

半導体中に転位が存在すると、その荷電状態に応じて電気・光学的特性が変化する。光学素子材料として期待される酸化亜鉛の場合、結晶成長中に導入された転位の荷電状態は既知だが、成長後にデバイス作成温度で導入された転位の荷電状態は未解明である。電子線ホログラフィー法などによりそれを明らかにし、転位が光学特性に及ぼす影響を評価する。また、触媒特性についても考察する。

イメージ分光器などを用いて波数方向ごとのCL分光データ(強度、波長、偏光度など)を測定し、その微小領域の光学異方性を定量評価できるようにします。高い空間分解能で内部構造と光学的異方的特性を同時に評価する手法はまだ確立されておらず、その開発は意義深いと考えます。

透過電子顕微鏡観察と同時に観察領域内の任意の微小領域から放射されるカソードルミネセンス光の強度、波長および偏光度を定量測定する分光法を開発し、半導体ナノ構造体の原子構造と光学的特性の相関を直接評価する。

半導体の表面・界面・内部に自発的・人工的に形成されるナノ構造や格子欠陥などを制御する、すなわち任意の機能を持つ構造体を設計・形成するには、1)機能の起源、2)機能の発現機構、および3)構造体の形成機構、を解明する必要があります。本研究は、半導体欠陥・ナノ構造体の電気的・光学的特性を直視的手法により評価することを目的とします。具体的には、東北大学にある透過電子顕微鏡内その場電流測定法およびその場可視分光法(カソードルミネセンス・フォトルミネセンス)を用い、特定の格子欠陥・ナノ構造体の結晶学的データと電気的・光学的データの同時評価を進めます。

触媒法によりZnSe(001)基板上に低温成長させたZnSeナノワイヤーの原子構造および電子状態に関する研究を行った。適切な触媒と成長条件を選ぶことで、従来は不可能であった、低温での高品質ZnSeナノワイヤーの成長に成功した。

第15回格子欠陥フォーラム「原子・電子レベルで観る格子欠陥・ナノ構造」を企画・運営した。

カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は最も注目されているナノ構造材料ですが、電子素子への応用は、基板上での高度なＣＮＴ成長制御の実現無しには有りえません。本研究では、化学気相成長によるＣＮＴ成長過程を、電子顕微鏡および分光学的手法によりその場観察する計測技術を開発し、形成過程の解明を通じて精密な成長制御・物性制御を実現します。これにより、ＣＮＴを用いた量子集積素子や光集積素子の実現が期待されます。

シリコン表面ナノホールをもちいた微小光学材料の創製を試みた。

透過電子顕微鏡内その場光散乱分光測定による半導体極微小欠陥の熱的挙動の研究結果を発表した。

透過電子顕微鏡内その場光散乱分光測定により半導体極微小欠陥の熱的挙動を研究した。