シリコン基板上へのリチウムイオン積層伝導薄膜の形成と物性評価

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450016
• Research Institution: Hosei University
• Principal Investigator: 栗山 一男 法政大学, 工学部, 教授 (20125082)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 伸行 イオンビーム工学研究所, 教授 (30318612)
• Keywords: リチウムマンガン酸化物 / リチウムコバルト酸化物 / ゾル-ゲル薄膜成長 / シリコン基板 / シリコン酸化物固体電解質 / 3d準位 / Mott型電気伝導 / ラマン活性モード

Research Abstract

平成13年度は下記の2点について研究を実施した。
1.シリコン基板上への正極材料(LiMn_2O_4)の形成と固体電解質の探査
(1)LiMn_2O_4については昨年度の成果を踏まえ、あらかじめシリコン基板表面に深さ2ミクロン、幅80ミクロン、長さ1ミリのパターンを形成し、ゾル-ゲル・スピンコーティング法を用い、LiMn_2O_4をパターン内に充填し正極部を形成した。
(2)上記正極部上に固体電解質を形成すべくリチウムの窒化物や炭素イオン注入等、種々の方法を試みた。リチウムを含有していないが、SiO_2系ガラスがリチウムマイクロ2次電池用固体電解質として有望であることを見出した。
2.シリコン基板上への正極材料(LiCoO_2)の形成と物性
(1)酢酸リチウムと酢酸コバルトを少量のキレート化剤とともにメチルアルコールに溶解させゾル液を作成し、スピンコーティング法によりシリコン基板上にLiCoO_2膜を作成した。
2)酸素フロー下800℃で作成したLiCoO_2膜は層状岩塩型構造を有し、550℃で作成した膜は立方晶スピネル様構造を示した。
(3)上記両構造の空間群の違いにより、800℃焼成膜からは2つのラマン活性モードA_<1g>,E_g、550℃焼成膜からは5つのラマン活性モードA_<1g>,E_g,3F_gが観測された。
(4)石英ガラス上にスピンコーティング法により作成したLiCoO_2膜の電気抵抗を測定した。層状岩塩型構造および立方晶スピネル様構造を有する膜の電気伝導は170K〜300Kの温度範囲でMott型のホッピング伝導を示した。しかし、抵抗の温度依存性の傾きが両構造では異なっており、立方晶スピネル様構造の方がフェルミエネルギー近傍の状態密度が小さいことが示唆された。これは、立方構造の対称性を有する方がCo-d(t_g)バンド幅が狭くなっていることに起因する。

Research Products

• [Publications] K.Kushida, K.Kuriyama: "Optical absorption related to Co-3d bands in sol-gel grown LiCoO_2 films"Solid State Communications. 118. 615-618 (2001)
• [Publications] K.Kushida, K.Kuriyama: "Photo-quenching in small-polaronic conduction in LiMn_2O_4"Proc. 25th Int. Conf. Phys. Semicond., Osaka 2000 (Springer Proceedings in Physics). 87. 168-169 (2001)
• [Publications] K.Kushida, K.Kuriyama: "Sol-gel growth of LiCoO_2 films on Si substrates by a spin-coating method"J. Crystal Growth. (印刷中).
• [Publications] K.Kuriyama, K.Nagasawa, K.Kushida: "Growth and band gap of the filled tetrahedral semiconductor LiMgN"J. Crystal Growth. (印刷中).