共ドープによる固溶元素の安定化効果に基づく熱力学的に安定なバルクp型ZnOの創製

• Project/Area Number: 23K17958
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 大瀧 倫卓 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (50223847)
• Project Period (FY): 2023-06-30 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 酸化亜鉛 / バルクp型ZnO / Liドープ / 共ドープ / p型酸化物 / アクセプタ / 酸化物エレクトロニクス

Outline of Research at the Start

酸化物ワイドギャップ半導体である酸化亜鉛ZnOは、n型伝導が卓越するのが常であり、p型のZnOを安定的に得ることは極めて困難とされている。これまでのp型ZnOの報告は、非平衡状態が凍結される薄膜に限られており、熱力学的平衡条件下で合成されるバルクZnOセラミックスでは、安定なp型伝導は前例がない。本研究は、ZnOに複数の元素を同時に添加するとZnOへの固溶限が大幅に拡大するという特異な現象を利用して、通常は不安定なバルクZnOのp型ドーピングを熱力学的に安定化できる可能性を検討し、かつて前例のない熱力学的に安定なバルクp型ZnOの創製に挑戦する。

Outline of Annual Research Achievements

第2年度は、Li単独ドープ試料とLiCu共ドープ試料の物性の安定性と再現性を検討した。Li単独ドープ試料はp型伝導の安定性が低く、温度依存性の測定による熱サイクル後はn型に転移した。また、加熱焼結の過程において、Liが蒸発する可能性が高いため、焼結後の試料中のLi量の定量を試みた。一般的に固体試料の元素分析に用いられるEDSは原理的に適用がほぼ不可能で、一般的なICP発光分析もLiの感度が低く分析困難なため、ICP-MS分析を試みた。実際に試料中に残存しているLi量は、Liの仕込量との対応関係が悪く、Liドープ試料の物性の再現性が低い理由の一つと考えられ、焼結条件の改良を検討する必要がある。また、ICP-MS以外のLiの定量法を検討している。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

入居していた研究棟の大規模改修工事のため、前年度に研究室を移転した建物から元の研究棟に戻るという作業が年度前半に発生し、実験の実施にかなりの遅延が発生した。また、実験を担当していた学生にメンタル的な問題が発生し、長期間の自宅療養となったため、さらに遅延が拡大した。

Strategy for Future Research Activity

LiCu共ドープ試料の物性の安定性について、焼結温度や雰囲気などを再検討する。また、オージェ分光分析の外部委託など、Li量の定量法を検討する。