2017 Fiscal Year Research-status Report
ホモロガスIn2O3‐ZnO薄膜の超格子形成機構とその熱電特性の解明
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16K21338
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| Research Institution | Aoyama Gakuin University |
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Principal Investigator |
賈 軍軍 青山学院大学, 理工学部, 助教 (80646737)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 結晶化 / 熱伝導機構 / 固相成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度には、高温領域（400℃―600℃）においてホモロガスIn2O3(ZnO)m薄膜の導電性に関する欠陥形成メカニズムと電気伝導機構を解明した。スパッタ法によりエピタキシャルIn2O3(ZnO)m（m=2,3,5）薄膜を作製した。ドイツのダルムシュタット工科大学の高温in-situホール測定装置を用いて、様々な酸素分圧でIn2O3(ZnO)m薄膜のキャリア密度と移動度を調べ、高温でのキャリアの発生源を検討した。Brouwer Diagramを用いて、高温でのホモロガスIn2O3(ZnO)m薄膜のキャリア発生源は酸素空孔以外に、Znフレンケル欠陥の形成によりできた格子間亜鉛も寄与することを解明した。この研究成果はIUMRS-ICAM 2017国際会議でAward for Encouragement of Research賞を受賞した。
また、アモルファスIn2O3-ZnOからホモルガスIn2O3(ZnO)mへの固相反応に関する理論を構築するために、ガラス基板上に作製したアモルファスIn2O3-ZnO薄膜を様々な温度で焼成し、その場XRD測定を用いてアモルファスIn2O3-ZnO薄膜の結晶化に関した活性化エネルギーを求め、広域X線吸収微細構造(EXAFS)の測定を用いて結晶化する際の局所構造の変化を解明した。この研究は2017 MRS Fall Meetingで発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成29年度は、ホモロガスIn2O3(ZnO)m薄膜の導電性に関する欠陥形成メカニズムと電気伝導機構を解明した。さらに、アモルファスIn2O3-ZnOからホモルガスIn2O3(ZnO)mへの固相反応に関して、その場XRD及びEXAFS測定を用いた実験調査を行った。現在、実験データに基づいて、理論的な解明を進めている。最後、アモルファスIn2O3-ZnOからホモルガスIn2O3(ZnO)mへの固相反応に関して開発した実験的な研究手法はアモルファスIn-Ga-Zn酸化物（IGZO）の結晶化に応用し、IGZO薄膜の電子物性と局所構造との関係性を解明し、 PHYSICAL REVIEW APPLIED 9, (2018) 014018に掲載した。
1）Junjun Jia, Ayaka Suko, Yuzo Shigesato, Toshihiro Okajima, Keiko Inoue, Hiroyuki Hosomi, “Evolution of Defect Structures and Deep Subgap States during Annealing of Amorphous In-Ga-Zn Oxide for Thin-Film Transistors”, PHYSICAL REVIEW APPLIED 9, (2018) 014018.
平成29年度の研究発表として、アメリカ材料学会とIUMRS-ICAM 2017(15th International Conference on Advanced Materials)の国際会議で計3件口頭発表した。その中、ホモロガスIn2O3(ZnO)m薄膜の欠陥形成メカニズムに関した発表はIUMRS-ICAM 2017会議でAward for Encouragement of Research賞を受賞した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度に透過電子顕微鏡を用いて、後焼成によるアモルファスIn2O3-ZnOからホモルガスIn2O3(ZnO)mへの固相成長を調べ、さらにポンプ-プローブ法及び第一原理計算によりホモロガスIn2O3(ZnO)m薄膜の熱伝導現象を解明した（ここでmは整数であり、m+1はIn2O3層間のZnOの挿入層数である）。平成29年度にホモロガスIn2O3(ZnO)m薄膜の導電性に関する欠陥形成メカニズム及び電気伝導機構を解明し、アモルファスIn2O3-ZnOからホモルガスIn2O3(ZnO)mへの固相反応に関して、その場XRD及びEXAFS測定を用いた実験調査を行った。
これからの研究推進として、まず、後焼成によるアモルファスIn2O3-ZnOからホモルガスIn2O3(ZnO)mへの固相成長に関して得られた多くの実験データに基づいて、分子動力学法を用いて、その結晶化過程をシミュレーションする。得られた実験結果と比較しながら、アモルファスからホモロガス構造への形成メカニズムを解明する。特に、カチオン元素拡散の違いによる結晶化への影響を定量的に評価する。次に、ホモロガスIn2O3(ZnO)ｍ 薄膜の電気・熱・構造に関した実験データを総合的に解析し、電気・熱伝導機構を考えた上で、熱電性能の最適化を行い、熱電材料薄膜開発への指針を提供する。
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| Causes of Carryover |
平成30年度の研究計画を実施するため、消耗品を購入する予定である。
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