| Project/Area Number |
23K17746
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
山根 啓輔 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80610815)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 化合物太陽電池 / 結晶成長 / 点欠陥 / 第一原理計算 / 希薄窒化物結晶 |
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| Outline of Research at the Start |
あらゆる電子デバイスは、材料の内部に何らかの欠陥が入ることにより、経時性能劣化が生じる。例えば、宇宙環境で使われる太陽電池では、宇宙線（放射線）によって原子の抜け穴（空孔）が生じることで性能劣化が進む。これに対し、本研究では、材料中の結晶の結合状態を制御することで、あたかも欠陥を修復するような機能を備えたデバイスの実現に挑戦する。具体的には、空孔型欠陥と反応する原子の結合状態を解明し、制御する方法を研究する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
あらゆる電子デバイスは、材料の内部に何らかの欠陥が入ることにより、経時性能劣化が生じる。これに対し、本研究では、点欠陥と空孔からなる超秩序構造を化合物半導体(GaAsPN:ガリウムひ素リン窒素)中に導入することにより、放射線や熱が加わる環境下で経時的に発電効率が向上する特異性能をもった受光デバイスの開発に挑戦している。GaAsPNの結晶成長後には、結晶中に点欠陥（窒素が対になった状態）が意図せず形成される。陽子線照射や電子線照射などにより、この点欠陥の近傍に、空孔が形成される。ここに、室温～数100度の範囲で熱エネルギーが加わると点欠陥（窒素対）が分離する可能性が高いと予測した。本年度はその原理を実験的に明らかにするために、共同研究を通して6MeVの電子線照射時の光学特性の変化を調べた。具体的には電子線照射の有無のあるGaAsPNサンプルを用意し、様々な温度で熱処理を行い、フォトルミネッセンス測定によって光学特性を評価した。フォトルミネッセンスの温度特性および励起光強度依存性の結果を総合すると、電子線照射の場合には、陽子線とは対照的に比較的低い温度でN-N対の分離と考えられる現象が生じ、発光強度が改善することが明らかになった。また、この時X線回折から評価した構造特性は、組成や界面の平坦性も含めまったく変化がないことも明らかになった。これらの結果は、同結晶で作製したpn接合型太陽電池にみられる特異な放射線耐性や第一原理計算から予測した窒素対の消滅仮定を支持するものとなった。得られた結果は、学術論文として出版した。
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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
本研究では、上記の目的に対してGaAsPN結晶中の窒素原子起因の点欠陥と空孔を含む超秩序構造の観測・解明・制御に取り組んでいる。本年度は、共同研究を通してこれまでに予測してきた物理現象を支持する結果を得て、論文発表することができた。また産業応用に向け特許の申請も行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
母材となるGaAsPNの高品質化にアンチモンサーファクタントが有効である兆候が見られているため、Sb添加GaAsPNの特性を調べていく。また、混晶半導体への放射線照射時に発生する空孔型欠陥と格子間原子に対してそれらの距離と混晶組成の関係を明らかにする事で放射線耐性に関する知見を深めていく。
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