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ナノワイヤ最新技術の基礎と応用展開    
Nanowires : Fundamentals and Applications
[コードNo.2013T890]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 福井孝志
■体裁/ B5判 241ページ
■発行/ 2013年3月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 69,120円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-0760-2

 
★最近大きな話題を集めている「ナノワイヤ」の最新研究を纏めた日本初の本格的成書!
★「ナノワイヤ」の基礎(成長、物性・理論)から、応用(デバイス)までを網羅!
★太陽電池をはじめ発光ダイオード、レーザー、センサー、光検出器などへの応用が期待されている!

キーワード

ナノワイヤ / ナノロッド / V-X半導体ナノワイヤ / コア-シェル構造 / ナノワイヤ発光ダイオード / ナノワイヤトランジスタ / ワイヤメモリー / 太陽電池 / 量子ドットナノワイヤ

刊行にあたって

 ナノワイヤなどナノメートルスケールでトポロジカルに一次元構造を持つ材料は、古くはウィスカー(髭結晶)と呼ばれて、その結晶構造が克明に調べられてきた。材料は半導体を始め金属、酸化物などあらゆる分野に及んでいる。この一次元構造をデバイスに使おうと最初に試みたのは日立製作所の比留間らのグループで、1990年代にGaAsウイスカーで発光ダイオードを試作した。その後、21世紀に入ってからナノワイヤを用いてデバイスに応用しようとする研究が急速に拡大してきた。電子デバイスでは、ナノワイヤトランジスタ、ワイヤメモリー、光デバイスでは発光ダイオード、レーザなど、さらに太陽電池からセンサーまで、その特異な構造からくる性質を最大限生かすことで、これまでのデバイスの性能限界を突破しようという動きである。 また、半導体ナノワイヤなどでは、その結晶構造を始め物理的性質が変化するものもあり、計算機物理と対比するような基礎的な物性への興味も広がっているとともに、作製方法もいわゆるコア-シェル構造など格段に進歩した。

 2000年から2012年にかけて論文数も右肩上がりに伸びており、日本国内でも研究人口が近年大幅に増えている。この機会をとらえて、ナノワイヤ研究分野全体を捉えた著書が、今後の動向を予測するうえでも、重要であることが指摘されていた。そこで、今回ナノワイヤに関する研究を進めておられる方に分担をお願いして本書をまとめることとした。

執筆者の方々にはお忙しい中を短期間に原稿を仕上げていただき感謝を申し上げたい。ナノワイヤの研究が急展開する中、我が国のこの分野において第一線で研究を行っている多くのグループの方々に協力を得て刊行される本書が、研究遂行上の一助となれば、本書を企画し監修に携わったものとして望外の喜びである。

2012年12月
福井孝志

著者一覧

福井孝志北海道大学 大学院情報科学研究科 教授
比留間健之(株)日立製作所 中央研究所 通信エレクトロニクス研究部 主任研究員
竹田精治大阪大学産業科学研究所 ナノテクノロジーセンター ナノ構造・機能評価研究分野 教授
清水智弘関西大学 システム理工学部 助教
小田俊理東京工業大学 量子ナノエレクトロニクス研究センター 教授
舘野功太NTT物性科学基礎研究所 量子光物性研究部 量子デバイス研究グループ 主任研究員
池尻圭太郎北海道大学 大学院情報科学研究科;(独)日本学術振興会 特別研究員
山口雅史名古屋大学 大学院工学研究科 電子情報システム専攻 准教授
原真二郎北海道大学 量子集積エレクトロニクス研究センター 准教授
岡田龍雄九州大学 大学院システム情報科学研究院 教授
中村大輔九州大学 大学院システム情報科学研究院 准教授
本久順一北海道大学 大学院情報科学研究科 教授
深田直樹(独)物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点(MANA) 無機ナノ構造物質ユニット 半導体ナノ構造物質グループ グループリーダー
河口研一(株)富士通研究所 次世代ものづくり技術研究センター シニアリサーチャー
荒川泰彦東京大学 ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構 機構長、生産技術研究所 教授、ナノエレクトロニクス連携研究センター センター長
有田宗貴東京大学 ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構、生産技術研究所、ナノエレクトロニクス連携研究センター 特任准教授
舘林潤東京大学 ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構、生産技術研究所、ナノエレクトロニクス連携研究センター 特任助教
八井崇東京大学大学院 工学系研究科 電気系工学専攻 准教授
秋山亨三重大学 大学院工学研究科 物理工学専攻 助教
広瀬賢二日本電気(株) スマートエネルギー研究所 主任研究員
小林伸彦筑波大学 数理物質系 物理工学域 准教授
岸野克巳上智大学 理工学部 教授
和保孝夫上智大学 理工学部 情報理工学科 教授
冨岡克広北海道大学量子集積エレクトロニクス研究センター;(独)科学技術振興機構 さきがけ専任研究者
柳田剛大阪大学 産業科学研究所 極微材料プロセス研究分野 准教授
吉村正利北海道大学 大学院情報科学研究科;(独) 日本学術振興会 特別研究員

構成および内容

序章 ナノワイヤ研究の最新動向 (福井孝志)

【第T編 成長】

第1章ナノワイヤ成長の概論 (比留間健之)
1はじめに ―ナノワイヤのルーツ:ホイスカー ―
2ホイスカーからナノワイヤへ
3ナノワイヤの成長機構
3.1中軸ラセン転位による成長
3.2気相-液相-固相(Vapor-Liquid-Solid)成長
3.3ナノワイヤの選択成長
3.4ナノワイヤ成長における原料原子の表面拡散効果
3.5異種材料接合におけるナノワイヤ成長
4まとめ
第2章VLSシリコンナノワイヤー成長 (竹田精治)
1はじめに
2VLS法によるシリコン・ナノワイヤー成長を決める因子
3VLS法によるシリコン・ナノワイヤー成長の実際
4触媒となる金シリコンナノ液滴
5シリコン・ナノワイヤーの核形成
6シリコン・ナノワイヤー成長過程の解析
7おわりに
第3章テンプレート成長法について (清水智弘)
1はじめに
2テンプレートについて
3テンプレート中での成長方法について
4自己組織形成テンプレートを用いたナノワイヤの成長
第4章VLS Geナノワイヤ成長 (小田俊理)
1はじめに
2VLS成長
3種々の触媒金属
4垂直成長
5Ge-NW成長の精密制御
6Ge-NWの低温成長
7デバイス応用
8おわりに
第5章VLS法によるV-X族ナノワイヤ成長 (舘野功太)
1はじめに
2長波長帯発光ナノワイヤ
3GaAs(311)B基板上横成長GaAsナノワイヤ
4自己触媒VLS法によるInPナノワイヤ
5InAsナノワイヤの超伝導量子デバイスへの応用展開
6まとめ
第6章選択成長法によるIII-V族化合物半導体ナノワイヤ (池尻圭太郎、福井孝志)
1はじめに
2MOVPE選択成長法によるナノワイヤ形成プロセス
3選択成長によるナノワイヤの形状および結晶構造解析
3.1選択成長におけるファセッティング成長(GaAs選択成長基板面方位依存性)
3.2選択成長によるナノワイヤの成長特性
3.3ナノワイヤの形状制御技術 成長の縦・横方向制御
3.4ナノワイヤの結晶構造解析
4ナノワイヤにおける結晶構造の変化
5ナノワイヤの成長機構モデル
6Si基板上のナノワイヤ選択成長
7おわりに
第7章V-Xナノワイヤon Si (山口雅史)
1はじめに
2Si基板上無触媒(自己触媒)VLS法による化合物半導体ナノワイヤ
3Ga供給量依存性
4As供給量依存性
5成長中断の効果
6GaAs/AlxGa1-xAsのコア・シェルヘテロ構造
7まとめ
第8章強磁性体/半導体複合ナノワイヤ (原真二郎)
1はじめに
2作製プロセス
3強磁性体ナノクラスタの選択形成
4強磁性体/半導体複合ナノワイヤの選択形成
5電気特性
6おわりに
第9章ZnOナノワイヤ成長 (岡田龍雄、中村大輔)
1はじめに
2ZnOナノ結晶の成長
2.1CVD
2.2熱炭素CVD
2.3パルスレーザー堆積法
2.4水熱法
2.5電着法
3制御法
3.1成長方向制御
3.2結晶サイズの制御
3.3密度制御
3.4成長位置
4導電性制御
5まとめ

【第U編 物性・理論】

第1章光物性 (本久順一)
1はじめに
2ナノワイヤ光導波路と共振器効果
3光学異方性
4結晶構造転移と光学特性
5ナノワイヤアレイにおける光吸収
6ヘテロ構造半導体ナノワイヤの発光特性
7光励起による誘導放出およびレーザ発振
8ナノワイヤ発光素子
9おわりに
第2章ドーピング (深田直樹)
1はじめに
2ドーピング方法
2.1成長時ドーピング
2.2イオン注入を利用したドーピング
3ドーピング評価
3.1結合・電子状態
3.2不純物分布
3.3不純物の挙動
4まとめ
第3章径方向量子井戸・量子ドットナノワイヤ構造と光学特性 (河口研一)
1はじめに
2ナノワイヤに形成可能な量子ヘテロ構造
3径方向量子井戸ナノワイヤの物性
4径方向量子ドットナノワイヤの物性
5まとめ
第4章ナノワイヤ量子ドットの光学特性 (荒川泰彦、有田宗貴、舘林潤)
1はじめに
2位置制御された単一GaN/AlGaNナノワイヤ量子ドットの結晶成長と光学特性
3InGaAs/GaAsナノワイヤ量子ドットの結晶成長と光学特性
4InGaAs/GaAsナノワイヤ積層量子ドットの結晶成長と光学特性
5おわりに
第5章ZnOナノロッド量子井戸構造を用いたナノフォトニックデバイスの進展  (八井崇)
1まえがき
2ZnOナノロッド量子井戸構造
3近接場エネルギー移動の制御
4近接場光の協調現象の観測
5むすび
第6章形成機構計算 (秋山亨)
1はじめに
2ナノワイヤの結晶構造
3ナノワイヤにおける閃亜鉛鉱-ウルツ鉱構造相対的安定性
4二次元核形成にもとづくナノワイヤ形成機構
5エピタキシャル成長条件を考慮したナノワイヤ形成機構
6ナノワイヤ形状の成長条件依存性
7まとめ
第7章熱伝導、熱電性能 (広瀬賢二、小林伸彦)
1ナノワイヤの熱伝導実験
2ナノワイヤの熱伝導計算
3低温での普遍的な熱伝導の振舞い
4熱電エネルギー変換と熱電性能指数
4.1熱電性能の物性・理論
4.2ナノワイヤの熱電性能増大の可能性
4.3シリコンナノワイヤの熱電性能実験
4.4シリコンナノワイヤの熱電性能計算
5まとめ

【第V編 デバイス】

第1章GaN ナノコラム発光デバイス (岸野克巳)
1はじめに
2GaN 系発光デバイスの直面する課題
3ナノコラムとナノ結晶効果
4規則配列ナノコラムとナノコラムLED
5発光色制御と集積型LED
6まとめ
第2章回路応用 (和保孝夫)
1はじめに
2デジタル回路
3アナログ回路
4ナノワイヤの配置制御技術
5むすび
第3章ナノワイヤのトランジスタ応用 (冨岡克広)
1はじめに
2ナノワイヤトランジスタの技術動向
3Si基板上のIII-Vナノワイヤ選択成長
4ナノワイヤ縦型トランジスタの作製
5InGaAs/InP/InAlAs/InGaAsコアマルチシェルナノワイヤチャネル
6まとめ
第4章ナノワイヤを活用した不揮発性メモリ―ナノワイヤメモリスタ― (柳田剛)
1はじめに
2自己組織化酸化物ナノワイヤを用いたプレーナー型メモリスタ素子
3ナノワイヤメモリスタを用いた極微素子特性の解明
4ナノワイヤメモリスタ素子を用いた動作起源の解明
5おわりに
第5章III-V族化合物半導体ナノワイヤ太陽電池 (福井孝志、吉村正利)
1はじめに
2ナノワイヤの特長
2.1光トラッピング
2.2電子正孔対分離の改善
2.3格子不整合の緩和
2.4省資源化
3III-V族化合物半導体ナノワイヤ太陽電池の動向
4今後の展開
4.1高効率化
4.2低コスト化
5まとめ



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