金属錯体の塗布による緻密かつ大面積なZnO半導体薄膜の成膜
Project/Area Number |
21K18806
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Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
横山 俊 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (30706809)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横山 幸司 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (00911158)
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Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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Keywords | Zn錯体 / 水酸化亜鉛 / 炭酸亜鉛 / アンモニア / 塗布 / 加熱 / ZnO / 酸化亜鉛 / 薄膜 / 錯体 / アミンヒドロキソ亜鉛錯体 / 脱水 / 亜鉛錯体 / 低温 |
Outline of Research at the Start |
スパッタ等による金属酸化物半導体の薄膜形成は確立された技術であるが、大面積成膜が出来ず、エネルギーと資源ロスが大きいため、次世代技術の開発が進められている。その一つに、液相合成した酸化物ナノ粒子を塗布・焼結する技術が開発されており、省エネルギー/省資源で、大面積成膜が可能であるが、焼結した粒子間に空隙等の欠陥が多く残存する問題がある。代表者はアンモニア水中で形成するZn錯体を室温で塗布・乾燥すると、結晶配向性が非常に高いZnO膜を低温で形成可能であることを見出した。そこで、本錯体とZnO成長機構を明らかにし制御することによって、欠陥のない緻密かつ大面積形成可能なZnO成膜手法を確立する。
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Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、Zn錯体の熱や質量分析を基礎に、各温度および各種濃度において、Zn錯体がどのようにZnOに変化するのか解析し、成長機構の解明を行うことを目的とした。特に反応プロセスとして、アンモニアを使用していることから、低アンモニア濃度かつ低温でのZnO形成が望まれるため、成長機構の解明とともに低温、低アンモニア濃度でのZnO薄膜形成を検討した。 Zn錯体は塗布された後、加熱されることで、水酸化亜鉛および大気中の二酸化炭素が溶液内に取り込まれ炭酸亜鉛などを経由してZnOへ変化することを明らかとしたが、この反応経路では反応温度は300℃以上でなければZnOへと完全に変化しない。一方で、乾燥前に加熱し、更にアンモニア濃度の低い条件下において、直接錯体が脱水し、水酸化物や炭酸などの不純物を含まないZnOへ変化することを見出だした。これは、溶液の緩やかな蒸発にともない溶液状態のバランスが崩れ容易に水酸化物を形成すること、またアンモニア濃度の高い、即ちpHが高い場合には空気中の二酸化炭素を溶液が吸収し易く、より炭酸亜鉛を形成しやすい状態になることなどに起因することを確認している。そのため、塗布錯体を即座に加熱すること、アンモニア濃度を錯体形成可能な範囲で下げることが重要となる。これらの発見から、アンモニア濃度は15M程度であったのを1Mヘ、反応温度は300℃以上から、100℃程度まで低減してもZnO薄膜を形成出来ることを明らかとし、低アンモニアおよび低温度を達成した。
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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
本年度まで計画していた検討事項は全て終了しており、予定していた目的も達成されていることからおおむね順調に進展してると判断した。
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Strategy for Future Research Activity |
進捗状況は予定通り進展していることから、今後も当初の研究計画に従って研究を遂行する。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)