JP2009062216A - 結晶成長用基板とこれを用いた結晶成長方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 配向膜の大型化および低コスト化を可能にする結晶成長用基板を提供すること。
【解決手段】 本発明による結晶成長用基板は、基材と、基材上に位置し、層状化合物から剥離されたナノシート単層膜とからなることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
発明2は、発明1の結晶成長用基板において、ナノシート単層膜は、層状化合物から剥離されたものであることを特徴とする。
発明3は、発明2の結晶成長用基板において、前記層状化合物は、層状酸化物、層状複水酸化物、層状リン酸塩、層状金属カルコゲナイト、および、層状ケイ酸塩からなる群から選択されることを特徴とする。
発明4は、発明3の結晶成長用基板において、前記層状化合物は層状酸化物であり、前記ナノシート単層膜は、チタン酸ナノシート、層状ペロブスカイトナノシート、マンガン酸ナノシート、ニオブ/タンタル酸ナノシート、チタンニオブ酸ナノシート、ルテニウム酸ナノシート、および、タングステン酸ナノシートからなる群から選択されることを特徴とする。
発明5は、発明3の結晶成長用基板において、前記層状化合物は層状リン酸塩であり、前記ナノシート単層膜は、リン酸ジルコニウムナノシート、または、リン酸バナジウムナノシートであることを特徴とする。
発明6は、発明3の結晶成長用基板において、前記層状化合物は層状複水酸化物であり、前記ナノシート単層膜は、水酸化物ナノシートであることを特徴とする。
発明7は、発明3の結晶成長用基板において、前記層状化合物は層状金属カルコゲナイト化合物であり、前記ナノシート単層膜は、金属カルコゲナイトナノシートであることを特徴とする。
発明8は、発明3の結晶成長用基板において、前記層状化合物は層状ケイ酸塩であり、前記ナノシート単層膜は、スメクタイト系ナノシートであることを特徴とする。
発明9は、発明1から8の結晶成長用基板において、前記バッファ層が設けられた基材は、ガラス、金属、半導体単結晶、および、プラスチックからなる群から選択されることを特徴とする結晶成長用基板。
発明10は、発明1から9の何れかの結晶成長用基板を用いた結晶成長方法であって、前記結晶成長用基板上に結晶成長する配向膜の結晶面の格子長aおよびb、ならびに、格子長aおよびbがなす角θを所望の関係となるように前記ナノシート単層膜の二次元格子形状が次表Aの通りに設定してあることを特徴とする。
(表A)
発明11は、発明4の結晶成長用基板を用いた結晶成長方法であって、前記ナノシート単層膜を、前記マンガン酸塩ナノシートのうちMnO2ナノシート単層膜とし、当該基板上にZnOを配向成長させることを特徴とする結晶成長用基板を用いた結晶成長方法。
発明12は、発明4の結晶成長用基板を用いた結晶成長方法であって、前記ナノシート単層膜を、前記層状ペロブスカイトナノシートのうちCa2Nb3O10ナノシート単層膜とし、当該基板上にSrTiO3またはTiO2を配向成長させることを特徴とする。
さらに、層状化合物から剥離されたナノシート単層膜を用いることで、結晶成長に必要なシード層(バッファ層)を室温にて作製することができる。このようなシード層は、個々のナノシートが平滑であり、厚さの分布がほとんど存在しないという特徴を有するため、極めて平滑な表面を有する。また、成長させるべき膜の結晶構造とマッチングするナノシート単層膜を選択して基板上に配置することで、種々の結晶構造を有する膜を容易に得ることができる。
図1は、本発明による結晶成長用基板の模式図である。
ナノシート単層膜120は、チタン酸ナノシート、層状ペロブスカイトナノシート、マンガン酸ナノシート、ニオブ/タンタル酸ナノシート、チタンニオブ酸ナノシート、ルテニウム酸ナノシート、および、タングステン酸ナノシートからなる群から選択される。
ナノシート単層膜120は、リン酸ジルコニウムナノシートまたはリン酸バナジウムナノシートである。より具体的には、リン酸ジルコニウムナノシートは、α−Zr(HPO4)2・H2Oまたはγ−ZrPO4・H2PO4・2H2Oである。リン酸バナジウムナノシートは、VOPO4・2H2Oである。
ナノシート単層膜120は水酸化物ナノシートである。水酸化物ナノシートは、[M2+ 1−zM3+ z(OH)2]z+、[M+ 1−zM3+ z(OH)2](2z−1)+、および、[M2+ 1−zM4+ z(OH)2]2z+(0≦z≦0.5)からなる群から選択される。ここで、M+は1価金属イオンであり、M2+は2価金属イオンであり、M3+は3価金属イオンであり、M4+は4価金属イオンである。例えば、M+はLiであり、M2+は、Mg、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、ZnおよびCaからなる群から選択され、M3+は、Al、Cr、Mn、Fe、Co、NiおよびLaからなる群から選択され、M4+はTiまたはZrである。
ナノシート単層膜120は、金属カルコゲナイトナノシートである。金属カルコゲナイトナノシートは、MoS2、WS2、TaS2およびNbS2からなる群から選択される。
ナノシート単層膜120は、スメクタイト系ナノシートである。スメクタイト系ナノシートは、(Al2−lMgl)Si4O10(OH)2 l−(0<l<2)、Mg3(Si4−mAlm)O10(OH)2 m−(0<m<4)、および、Al2(Si4−nAln)O10(OH)2 n−(0<n<4)からなる群から選択される。
本発明による結晶成長用基板の例示的な製造方法をステップごとに説明する。
本発明による結晶成長用基板を用いれば、従来の高価な単結晶基板を用いることなく、配向膜を得ることができる。配向成長は、結晶成長用基板のナノシート単層膜と目的とする配向膜との間の結晶構造の整合性が高い条件で実現される。基板上に所定の材料を配向成長させる場合には、基板と所定の材料との間の格子ミスマッチが寄与することが知られている。通常、薄膜成長の分野において、基板と所定の材料との結晶構造が同じであり、格子ミスマッチの絶対値が、小さいことが望ましい。具体例を挙げて説明する。
2)a≠b、θ=90°の場合、ナノシート単層膜は二次元長方形格子を有する。
3)a=b、θ=120°の場合、ナノシート単層膜は二次元六角形格子を有する。これは、図4(c)の場合に相当する。
4)a≠b、θ≠90°の場合、ナノシート単層膜は二次元平行四辺形格子を有する。
110 基材
120 ナノシート単層膜
130 層状化合物
210 二次元正方形格子
220 二次元長方形格子
230 二次元六角形格子
Claims (12)
- 表面にバッファ層が形成されてなる結晶成長用基板であって、
前記バッファ層が二次元結晶からなるナノシート単層膜からなることを特徴とする結晶成長用基板。 - 請求項1に記載の結晶成長用基板において、ナノシート単層膜は、層状化合物から剥離されたものであることを特徴とする結晶成長用基板。
- 請求項2に記載の結晶成長用基板において、前記層状化合物は、層状酸化物、層状複水酸化物、層状リン酸塩、層状金属カルコゲナイト、および、層状ケイ酸塩からなる群から選択されることを特徴とする結晶成長用基板。
- 請求項3に記載の結晶成長用基板において、
前記層状化合物は層状酸化物であり、
前記ナノシート単層膜は、チタン酸ナノシート、層状ペロブスカイトナノシート、マンガン酸ナノシート、ニオブ/タンタル酸ナノシート、チタンニオブ酸ナノシート、ルテニウム酸ナノシート、および、タングステン酸ナノシートからなる群から選択されることを特徴とする、結晶成長用基板。 - 請求項3に記載の結晶成長用基板において、
前記層状化合物は層状リン酸塩であり、
前記ナノシート単層膜は、リン酸ジルコニウムナノシート、または、リン酸バナジウムナノシートであることを特徴とする、結晶成長用基板。 - 請求項3に記載の結晶成長用基板において、
前記層状化合物は層状複水酸化物であり、
前記ナノシート単層膜は、水酸化物ナノシートであることを特徴とする、結晶成長用基板。 - 請求項3に記載の結晶成長用基板において、
前記層状化合物は層状金属カルコゲナイト化合物であり、
前記ナノシート単層膜は、金属カルコゲナイトナノシートであることを特徴とする、結晶成長用基板。 - 請求項3に記載の結晶成長用基板において、
前記層状化合物は層状ケイ酸塩であり、
前記ナノシート単層膜は、スメクタイト系ナノシートであることを特徴とする、結晶成長用基板。 - 請求項1から8に記載の結晶成長用基板において、前記バッファ層が設けられた基材は、ガラス、金属、半導体単結晶、および、プラスチックからなる群から選択されることを特徴とする結晶成長用基板。
- 請求項1から9の何れかに記載の結晶成長用基板を用いた結晶成長方法であって、前記結晶成長用基板上に結晶成長する配向膜の結晶面の格子長aおよびb、ならびに、格子長aおよびbがなす角θを所望の関係となるように前記ナノシート単層膜の二次元格子形状が次表Aの通りに設定してあることを特徴とする結晶成長用基板を用いた結晶成長方法。
(表A)
- 請求項4に記載の結晶成長用基板を用いた結晶成長方法であって、前記ナノシート単層膜を、前記マンガン酸塩ナノシートのうちMnO2ナノシート単層膜とし、当該基板上にZnOを配向成長させることを特徴とする結晶成長用基板を用いた結晶成長方法。
- 請求項4に記載の結晶成長用基板を用いた結晶成長方法であって、前記ナノシート単層膜を、前記層状ペロブスカイトナノシートのうちCa2Nb3O10ナノシート単層膜とし、当該基板上にSrTiO3またはTiO2を配向成長させることを特徴とする結晶成長用基板を用いた結晶成長方法。
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