2015 Fiscal Year Research-status Report
グラファイト状窒化炭素の薄膜化と半導体材料としての評価
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15K06005
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| Research Institution | Gifu National College of Technology |
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Principal Investigator |
羽渕 仁恵 岐阜工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (90270264)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | グラファイト状窒化炭素 / 半導体薄膜 / 光電流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グラファイト状窒化炭素(g-C3N4)は約2.7 eVのバンドギャップを持つ半導体になることが報告されており、新しい半導体材料として応用できると期待される。g-C3N4はメラミンの重合反応によって合成できるが、得られるg-C3N4は粉末状である。半導体デバイス材料として応用しやすい薄膜状のg-C3N4を得るためには別の方法を用いる必要がある。今年度の本研究では、グアニジン炭酸塩を原料とすることで薄膜状のg-C3N4を合成を行なった。今年度得られた結果は、
(1) 合成装置として管状炉を用い、原料からの基板の距離を変えることで基板の温度を変えて合成を行なった。
(2) 組成比は、550℃の合成温度ではN/C=130%となり、C3N4の組成とほぼ一致していた。 X線回折では、27.6°にC3N4シート面の積層による回折ピークが観測された。以上のことから、合成した薄膜はg-C3N4の構造を有していると考えられる。
(3)合成した薄膜は半導体であり、光透過率スペクトルとPDSの測定により、タウツプロットで光学ギャップが2.9eVと求まった。また、電極を上部につけXeランプを分光して単色光を当て光電流が流れることを確認した。光電流は基板温度が高いほど小さい光子エネルギーから立ち上がることが分かった。
(4) 合成装置として3ゾーン式管状炉を用いた。原料と基板温度を独立して温度制御することにより、蒸着時の合成温度による影響をより正確に調べることが可能となった。原料を600℃、基板温度を510～575℃と変化させて合成できることを確認した。
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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
計画では合成のための原料として2つ挙げたが、現在のところは1つ目の原料(グアニジン炭酸塩)で合成を行なっている。これは、グアニジン炭酸塩を原料とした薄膜で光電流が観測されることが分かり、半導体材料として研究するのに十分価値があるからである。また、複数のゾーンで制御できる管状炉を導入して合成を確認する計画であったがこれは実施できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度は、膜表面に不純物が堆積する問題があり、評価の妨げになっていた。現在、石英管の大きさを変えて、原料からの距離を遠ざけること、また合成手順を見直すことでこの問題を解決しているところである。今後は、薄膜の評価を行い、ままで明確になっていない光電流特性や結晶構造を明らかにしていく。
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| Causes of Carryover |
設備備品を計画より安価に購入できたため
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰り越し分は、消耗品または発表または情報収集のための旅費として使用する計画である。
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