近接蒸着法による巨大ドメインBaSi2薄膜の結晶成長メカニズム
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21K04136
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
原 康祐 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (40714134)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 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: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | シリサイド半導体 / 近接蒸着 / 結晶成長 |
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| Outline of Research at the Start |
BaSi2は結晶Siより高効率で安価な太陽電池を実現できる可能性がある新材料である。近接蒸着法により大きな結晶ドメインの薄膜を作製できるが、これまでは成膜温度の制約のため原因を調査できなかった。本研究では、原料を機械的に活性化し反応性を高める(メカノケミカル効果)ことで成膜温度の変更を可能にし、結晶成長メカニズムを調査する。また、得られた知見に基づき、結晶ドメインのさらなる拡大に取り組む。そして、巨大ドメイン薄膜を用いてドメイン境界の影響が少ない物性値の測定を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
BaSi2は太陽電池の光吸収層に適した物性を持ち、資源豊富な元素から成る半導体である。近接蒸着法により、Si基板上に巨大な結晶ドメインから成るエピタキシャル薄膜を得ることができる。本研究は、近接蒸着におけるBaSi2結晶成長メカニズムを解明し、その知見を元にBaSi2薄膜の結晶ドメインをさらに拡大し、結晶欠陥の影響を受けない物性値を取得することを目的としている。令和4年度は、令和3年度に実現したメカノケミカル効果を利用した成膜温度コントロール法を用いて、成膜温度を含む様々なプロセス条件がBaSi2の結晶ドメインサイズに与える影響を調査した。その結果、成膜温度が高いほどドメインサイズが大きくなることが分かった。また、Si基板の面方位が(111)の場合より(100)の方が、ドメインサイズが大きいことも確認できた。さらに、膜厚が大きいほどドメインサイズが大きくなるという興味深い傾向を見出すことができた。これらの知見は、大きなドメインから成るBaSi2薄膜の作製に向けて指針となる成果である。次に、物性とドメインサイズとの関係を調査したところ、光励起キャリアの寿命がドメイン境界密度と弱い負の相関を示すことが分かった。この結果は、ドメインサイズを拡大することでキャリア寿命を増加させることができることと、応用上はドメイン境界が大きな特性劣化を招かないことを同時に示している。また、キャリア移動度との関係を調べたところ、ドメイン境界密度との間に明確な相関は見られなかった。以上のように、結晶ドメインサイズを拡大するための指針と、ドメイン境界がキャリア寿命や移動度などの物性に与える影響を解明することができた。
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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
メカノケミカル効果の利用により可能となった成膜温度のコントロールを使い成膜温度と結晶ドメイン構造の関係を調べるという研究項目を予定通り完了することができた。また、Si基板面方位の影響について、(100)と(111)の違いについて明確にできた。電気特性の評価についても予定通り実施し、ドメイン境界密度との関係を解明できた。さらに、当初予定にはなかった光励起キャリアの寿命についても調査し、ドメイン境界密度との弱い負の相関を解明することができた。一方で、当初予定していた微傾斜Si基板とアモルファスSi薄膜上での結晶成長については、まだ結果を得ることができていない。当初の計画を超えて実施できた内容と未達の内容がともにあるため、おおむね順調と判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度に解明した結晶ドメインサイズを拡大できる成膜条件を微傾斜Si基板と組み合わせることで、これまでにない巨大ドメインBaSi2薄膜の作製を目指す。また、ガラス基板上にアモルファスSi薄膜を形成し、その上にBaSi2を近接蒸着することで透明基板上に薄膜を作製し、光学特性についても調査する。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
