ペロブスカイト型チタン酸化物誘電体における水素関連欠陥の電子状態

Electronic structures of hydrogen-related defects in perovskite titanate dielectrics

伊藤 孝   

Ito, Takashi

単純ペロブスカイト構造をもつ一連のチタン酸化物は電子材料として我々の生活に広く役立てられている。これらの多くは本来優れた誘電体であるが、その絶縁性能は微量の欠陥や不純物の存在により著しく劣化し得る。ゆえに、特定の欠陥・不純物の電子状態を明らかにすることは、その応用上、大変重要である。本研究では最もありふれた不純物である水素に着目し、ペロブスカイト型チタン酸化物TiO(=Ba, Sr, Ca)における不純物水素の電子状態の解明を試みた。我々はTiO中の希薄な不純物水素を模擬するために+1価の電荷をもつミュオンを結晶中に導入し、その電子状態をSR法により研究した。TiO純良単結晶に対する実験の結果、いずれの系においても低温でミュオニウム(ミュオンと電子の束縛状態)の形成を示す信号が観測された。そのイオン化の様子から、伝導帯下端から数十meVのところにミュオニウムが浅い不純物準位を形成していることが明らかになった。格子間水素もこれらの物質中においてミュオニウムと同様に浅い不純物準位を形成し、室温付近では電子を放出して絶縁劣化の一因になると考えられる。さらに、SR信号の磁場依存性から、ミュオンに束縛された不対電子は主にチタン軌道に分布することが明らかになった。

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