2016 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, 教授 (90270264)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 窒化炭素薄膜 |
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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期待できる。通常g-C3N4はメラミンの重合反応によって合成でき粉末として得られる。g-C3N4の薄膜化は蒸着法による報告例がある2)。我々はグアニジン炭酸塩を原料とし蒸着法でg-C3N4薄膜を合成し、半導体としての性質を調べてきた。本研究では、3ゾーン式管状炉を用い原料と基板温度を独立して温度制御し、合成温度による薄膜の光学ギャップの変化を調べた。
石英管に原料のグアニジン炭酸塩を3 g入れ、合成石英基板を原料から一定距離だけ離して置いた。この石英管を3ゾーン式管状炉(で加熱することで基板上にg-C3N4薄膜を合成した。原料温度を600℃一定にして基板温度を変化させる条件と、原料温度と基板温度の差を50℃と一定して全体の温度を変化させる条件で合成を行った。
薄膜の光吸収スペクトルを光透過・反射スペクトルと光熱偏向分光法により測定した。スペクトルは2.7～2.9 eVの指数関数的な立ち上りがあり、バンド間遷移に対応している。より低いエネルギーでの吸収も観測されたが、これは局在準位が関係した吸収である。原料温度が600℃のときは基板温度を変化させてもそれほど光吸収スペクトルに変化はない。しかし、原料温度を650℃にすると光学ギャップは小さくなり、バンド間遷移による光吸収量が大きくなる。すなわち、基板の温度より原料の温度が薄膜の物性に大きく影響することがわかった。また、X線回折で薄膜の成長はC3N4シートが基板方向であることがわかった。
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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
薄膜の合成における原料と基板温度の条件は、光吸収スペクトルにより評価してきた。X線回折によりC3N4シートが基板と平行に堆積していることもわかり、物性評価は当初の計画どおり進行している。他機関との連携により、計画にはなかったEXAFSによる構造分析も行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は今まで行っていなかった薄膜のラマン散乱やFT-IRでの評価を行う予定である。また、電気伝導について詳しく調べ、ホール効果、光伝導性といった物性評価をする。
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| Causes of Carryover |
購入する物品について単価が1万円を超えるため購入できなかったため次年度購入できるように残金として残した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
薄膜合成に必要な工具を購入する予定である。
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