応用事例

現在パワーデバイス材料の主流はシリコンであり、今後も当分その立場は揺るぎそうにありません。その一方で、エネルギー利用の高効率化を目指した次世代材料としてSiC, GaNの実用化・普及が着実に進展しています。そして「さらに次の世代」として酸化物エレクトロニクス材料Ga₂O₃が有望視されています。
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半導体デバイス作製においては、結晶に含まれる不純物や欠陥が電子状態に及ぼす影響を理解し、制御することが重要です。このような解析は、PHASE/0が最も得意とするところです。ここでは、パワーデバイス用材料として研究・開発が進められている窒化ガリウム（GaN）中の欠陥についてご紹介します。
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鉄の高温安定相は非磁性の面心立方格子で、比較的多くの他元素を固溶します（オーステナイト）。一方、低温で安定なフェライト相は強磁性の体心立方格子で、ほとんど炭素を固溶しません。炭素を多く含むオーステナイトを急冷すると、炭素を多く含む体心格子の鉄ができます（マルテンサイト）。その性質を第一原理バンド計算PHASE/0で解析しました。
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グラフェンの伝導を担うのはπ電子であることを電荷密度分布から見ましたが、さらに別の角度からも確かめます。グラフェンのデバイス応用が期待されていますが、スイッチング素子に利用する際にはバンドギャップを有することが望ましく、それを実現する方法が検討されています。その一つが、「端」のある構造を作成することです。
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光触媒材料はバンドギャップよりも高いエネルギー（短い波長）の光を吸収し、その際、電子－正孔対を生じます。伝導帯下端（電子のエネルギー）が水素発生準位より高ければ（電位ではマイナス側）、水素が発生します。また、価電子帯上端（正孔のエネルギー）が酸素発生準位より低ければ（電位ではプラス側）、酸素が発生します。これらが同時に達成されると、水を酸素と水素に分解できます。
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擬ポテンシャル法の一風変わった特徴に、「仮想的な（実在しない）元素の取り扱いが可能」であることが挙げられます。性質の似た元素の擬ポテンシャルを任意の比率で「混ぜる」ことにより、その間の性質を持つ元素を作成することができるのです。原子番号を非整数とした擬ポテンシャルは、周期表で隣り合う元素の間の性質を持つことが期待できます。
ここではCIAOを活用したVCAの事例を二つ紹介します。
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