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ウルツ鉱型構造を有するナローギャップ酸化物半導体の伝導性制御と太陽電池への応用

Research Project

Project/Area Number 15J00261
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Inorganic materials/Physical properties
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

長谷 拓  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords酸化物半導体 / 不純物ドーピング / イオン伝導 / 薄膜
Outline of Annual Research Achievements

1.ドーパントの検討
これまでドーパントに用いたBeは発がん性物質であり、実用には向いていない。そこで、Beの代わりに2価の陽イオンMg2+およびZn2+について検討した。β-NaGaO2の原料Na2CO3、Ga2O3および、ドーパント原料MgOまたはZnOを混合し、900℃または1200℃で焼成した。900℃焼成ではMg、Znいずれの場合もβ-NaGaO2とMgO、ZnOの2相となり固溶しなかった。1200℃焼成ではスピネル型のMgGa2O4、ZnGa2O4が生成し、固溶しなかった。高温においてスピネル型構造は非常に安定な構造であり、高温固相反応を経て作製するβ-NaGaO2へキャリア注入する際のドーパントとしてMg2+やZn2+は適さないことが明らかとなった。この結果を受け、今後のβ-NaGaO2への正孔キャリア注入はBe2+に絞って行う。
2. β-M’GaO2中の1価陽イオンのイオン伝導度
これまでβ-M’GaO2中の1価陽イオンのイオン交換はNa+→Li+、Na+→Cu+、Cu+→Li+の方向へ進行するが、逆の交換反応は全く起こらないことがわかっている。このイオン交換の進行する方向はいかにして決まるのかを調べた。イオン伝導度の大きさはβ-CuGaO2>β-NaGaO2>β-LiGaO2であり、イオン交換の進行方向と合致しなかった。β-CuGaO2は電子伝導性を有するため、正確な測定をするためには電子伝導を遮断する必要がある。結晶内にある酸素を中心にした四面体の結合角M-O-Mの正四面体の結合角からのずれを表す指標指標であるADIに基づくと、ADIの大きさはβ-NaGaO2>β-CuGaO2>β-LiGaO2の順となった。つまり、歪みが小さな構造はエネルギー的により安定であり、β-M’GaO2中の1価の陽イオンのイオン交換は構造的に安定な方向へと進むことが明らかとなった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] First-Principles Study of CuGaO2 Polymorphs: Delafossite α-CuGaO2 and Wurtzite β-CuGaO22016

    • Author(s)
      Issei Suzuki, Hiraku Nagatani, Masao Kita, Yuki Iguchi, Chiyuki Sato, Hiroshi Yanagi, Naoki Ohashi, Takahisa Omata
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 55 Issue: 15 Pages: 7610-7616

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.6b01012

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] First principles calculations of ternary wurtzite β-CuGaO22016

    • Author(s)
      Issei Suzuki, Hiraku Nagatani, Masao Kita, Yuki Iguchi, Chiyuki Sato, Hiroshi Yanagi, Naoki Ohashi, Takahisa Omata
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 119 Issue: 9 Pages: 095701-095701

    • DOI

      10.1063/1.4942619

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] ウルツ鉱型酸化物半導体β-AgGaO2の伝導性制御2016

    • Author(s)
      長谷拓、鈴木一誓、喜多正雄、小俣孝久
    • Organizer
      第16回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
    • Place of Presentation
      東北大学
    • Year and Date
      2016-12-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Band gap engineering of Wurtzite β-CuGaO2 by alloying with β-CuAlO2 and β-LiGaO2 and their electronic structure2016

    • Author(s)
      Takahisa Omata, Hiraku Nagatani, Yuki Mizuno, Issei Suzuki, Masao Kita and Naoki Ohashi
    • Organizer
      the 9th International Workshop on Zinc Oxide and Related Materials
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      2016-11-01
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] New quaternary narrow gap oxide semiconductor Cu2ZnGeO4 with a wurtzite-derived structure2016

    • Author(s)
      Masao Kita, Issei Suzuki, Hiraku Nagatani, Yuki Mizuno, Makoto Inoue and Takahisa Omata
    • Organizer
      the 9th International Workshop on Zinc Oxide and Related Materials
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      2016-11-01
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Control of Electrical Conductivity of Ternary Wurtzite β-AgGaO22016

    • Author(s)
      Hiraku Nagatani, Issei Suzuki, Masao Kita and Takahisa Omata
    • Organizer
      the 9th International Workshop on Zinc Oxide and Related Materials
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      2016-10-31
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Band Gap Engineering of Wurtzite-Type Narrow Band Gap Oxide Semiconductor β-CuGaO22016

    • Author(s)
      Takahisa Omata, Yuki Mizuno, Hiraku Nagatani, Issei Suzuki and Masao Kita
    • Organizer
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and solid-state science
    • Place of Presentation
      Honolulu, Hawaii
    • Year and Date
      2016-10-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ウルツ鉱型酸化物半導体β-CuGaO2, β-AgGaO2 への不純物ドーピング2015

    • Author(s)
      長谷拓、鈴木一誓、小俣孝久、喜多正雄
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2015-09-18
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] ウルツ鉱型関連構造の四元系ナローギャップ酸化物半導体Cu2ZnGeO4の合成2015

    • Author(s)
      喜多正雄、鈴木一誓、長谷拓、水野裕貴、小俣孝久
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2015-09-18
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] ウルツ鉱型ナローバンドギャップ半導体β-CuGaO2 のバンドエンジニアリング2015

    • Author(s)
      水野裕貴、長谷拓、鈴木一誓、喜多正雄、小俣孝久
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2015-09-18
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] ウルツ鉱型酸化物半導体β-CuGaO2, β-AgGaO2への不純物ドーピング2015

    • Author(s)
      長谷拓、鈴木一誓、喜多正雄、小俣孝久
    • Organizer
      資源素材学会 平成27年度資源・素材関係学協会合同秋季大会
    • Place of Presentation
      愛媛大学
    • Year and Date
      2015-09-08
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 酸化物薄膜太陽電池材料β-CuGaO2の薄膜作製2015

    • Author(s)
      鈴木一誓、長谷拓、喜多正雄、小俣孝久
    • Organizer
      資源素材学会 平成27年度資源・素材関係学協会合同秋季大会
    • Place of Presentation
      愛媛大学
    • Year and Date
      2015-09-08
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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