低温製膜されたIGZO薄膜の酸素欠陥制御によるフレキシブル機能デバイスの開発
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20K15371
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 36010:Inorganic compounds and inorganic materials chemistry-related
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
森本 貴明 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 講師 (70754795)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | ショットキー接触 / 整流性 / ガスセンサー / オゾン / 酸化物半導体 / IGZO / TFT / ダイオード / IGZO-TFT / センサー / 溶液法 / X線光電子分光 |
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| Outline of Research at the Start |
従来には無い「窓や皮膚に貼れる半導体回路」を実現するべく、溶液法により低温形成されたフレキシブルIGZO半導体薄膜の高性能化を図る。そのため、膜中において導電率を低下させる酸素空孔の構造やその低下機構を明らかにし、真空プロセスで得られたIGZO膜と同等の高導電率の薄膜作成をめざす。光電流応答のメカニズムやエネルギーバンド構造を解明し、光センサーやショットキーダイオード実用化のための動作原理を確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化物半導体IGZOは、高移動度、低リーク電流な薄膜トランジスタ(TFT)の材料として近年実用化された。我々は、このIGZOを溶液化し塗布することで、低コスト、簡単なプロセスでTFTを作製する手法を確立した。この過程で、本IGZO膜により(1)オゾンガスセンサー、(2)ショットキーバリアダイオードも構成できることが分かった。そこで、溶液法により多様な素子を作製する技術の確立を目指すべく、研究を行っている。
(1) IGZOオゾンセンサー：In: Ga: Zn = 6: 1: 3 の比率に調製したIGZO前駆体溶液を塗布し、300～340℃で焼成して作製したIGZO-TFT TFTは、濃度5ppmのオゾンに暴露するとオン電流が1000分の1以下に減少し、オゾンを検出可能であることが昨年度までに分かった。今年度は、オゾンにより減少したオン電流が、バンドギャップエネルギーよりやや小さい可視光の照射により回復することを見出した。これは、一度オゾンに反応したIGZO-TFTを照射が容易な可視光により初期状態に戻せることを示す知見であり、センサーを繰り返す使用するために有用である。
(2)ショットキーバリアダイオード：昨年度までに、(1)と同様の方法で製膜したIGZO膜に、Al電極とAu電極を蒸着し、IGZO-Au間でショットキー接触を形成した結果、整流特性が見られることを明らかにしていたが、TFT構造であるために動作にゲートバイアス電圧が必要である課題があった。この解決のために、Au-IGZO-Alの順に積層した構造を作製したが、整流特性が見られなかった。原因解析の結果、IGZO塗布後の焼成の熱によりショットキー接触が消滅した可能性が示されたため、IGZO焼成後に取り付ける電極をAlからAuに変更し、その電極とIGZO間に新たにショットキー接触を形成したところ、整流特性が確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1) IGZOオゾンセンサーに関しては、昨年度までにデバイス形状や作製条件の影響を解明したのに続き、一度オゾンに反応したIGZO-TFTを初期状態に戻す回復動作を、照射が容易な可視光で引き起こせることが明らかになった。この結果により、IGZO-TFTでオゾンを繰り返し検出可能となるため、実用化に際して重要な知見である。
(2) IGZO-Auショットキーバリアダイオードに関しても、TFTを用いた原理検証に続き、ゲートバイアス電圧の不要なAu-IGZO-Au積層構造でも整流特性が見られることを確認した。これにより、TFT構造では動作にゲートバイアス電圧が必要という課題を解決する見通しがついた。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) IGZOオゾンセンサーに関しては、濃度5ppmのオゾンを1分以内に検出可能であることが既に分かったが、今後はオゾン検出感度をさらに向上させる方策を検討する。そのために、オゾンによる反応機構の解明をさらに進める。さらに、得られた結果を論文として纏め投稿する。
(2) IGZO-Auショットキーバリアダイオードに関しては、ゲートバイアスの印加が不要なAu-IGZO-Au積層構造により整流特性を確認することが出来たが、その導電性は電源として用いるにはまだ不十分である。そこで、電流を妨げている要因を明らかにし、導電性の改善、さらには整流性の向上をめざす。
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Report
(3 results)
Research Products
(5 results)
