Figure 1 (à gauche) Une image au microscope à force atomique du film mince d'oxyde de titane fabriqué par la nouvelle méthode, montrant que les nanofeuillets, qui a fourni des cristaux de graines, existent au centre des grains de cristal. (à droite) Une carte de l'orientation des grains cristallins déterminée par diffraction par rétrodiffusion des électrons. Les lignes noires correspondent aux limites des grains cristallins individuels et la couleur représente leur orientation. Tous les grains de cristal sont fortement orientés (001).
Dans le projet de démonstration d'application pratique à l'Académie des sciences et technologies de Kanagawa (KAST), le groupe de recherche dirigé par le Dr Tetsuya Hasegawa a développé une méthode de croissance de films minces d'oxyde de haute qualité sur un substrat de verre qui est un matériau abordable.
Dans le projet de démonstration d'application pratique à l'Académie des sciences et technologies de Kanagawa (KAST), le groupe de recherche dirigé par le Dr Tetsuya Hasegawa (professeur, Université de Tokyo ; chercheur principal du KAST), Dr Yasushi Hirose (Associé de recherche, Université de Tokyo ; chercheur KAST) et M. Kenji Taira (étudiant de troisième cycle, Université de Tokyo ; assistant de recherche KAST), en collaboration avec l'équipe dirigée par le Dr Takayoshi Sasaki (NIMS Fellow), a développé une méthode de croissance de couches minces d'oxyde de haute qualité sur un substrat de verre qui est un matériau abordable.
La cristallisation en phase solide (SPC) est une technique permettant de cristalliser des films minces amorphes d'une substance cible sur un substrat par traitement thermique et ainsi d'obtenir des cristaux en film mince constitués de gros grains cristallins, et il est connu comme une méthode pour faire croître des cristaux à couche mince constitués de gros grains cristallins de quelques à quelques dizaines de micromètres. Cependant, comme cette méthode est incapable de contrôler l'orientation des grains cristallins sur un substrat fait de matériaux abordables, comme le verre ou le plastique, il était impossible de fabriquer des films minces avec des performances adéquates à partir de substances hautement anisotropes par cette méthode.
Le groupe de recherche a réussi à faire croître des cristaux en couche mince constitués de grains de cristal hautement orientés, qui étaient aussi grands que quelques micromètres ou plus, par revêtement d'un substrat de verre avec des feuilles d'oxyde d'environ un nanomètre d'épaisseur, appelés nanofeuillets d'oxyde, et en utilisant ces nanocristaux comme germes cristallins dans la SPC. La méthode employée dans cette recherche était une version améliorée de la méthode de couche de graine de nanofeuille publiée par le NIMS en 2009 (voir référence 1). Dans la méthode de la couche d'ensemencement de nanofeuilles, un substrat de verre est recouvert de nanofeuillets d'oxyde, qui sont des cristaux d'oxyde bidimensionnels délaminés d'environ 1 nm d'épaisseur, et utilisé comme un substrat pseudo-monocristallin. Bien que cette méthode soit supérieure pour obtenir des cristaux à couche mince hautement orientés, il présente un inconvénient en ce que la taille des grains cristallins résultants ne peut pas être supérieure à la taille de la nanofeuillet d'oxyde (généralement quelques micromètres ou moins). En combinant la méthode de la couche d'ensemencement de nanofeuilles avec le SPC, le groupe de recherche du KAST a réussi à faire croître des grains de cristal dans le sens latéral jusqu'à une taille de plus de quelques micromètres. Les films conducteurs transparents d'oxyde de titane fabriqués sur le substrat de verre par cette nouvelle méthode présentaient une faible résistance électrique (3,6 × 10 -4 Ωcm) et la mobilité (13cm 2 V -1 s -1 ), comparable à des films minces cultivés sur un substrat monocristallin.
Il a été confirmé que la nouvelle méthode est également applicable au titanate de strontium, une substance typique utilisée en électronique, et ainsi, il est prévu de promouvoir le développement de dispositifs à faible coût et à hautes performances utilisant des cristaux à couche mince d'oxyde.
