2018 Fiscal Year Annual Research Report
Low temperature synthesis of nitride thin films through a reaction between oxide gel films and molten salts
| Project/Area Number |
17H03382
|
|---|
| Research Institution | Hokkaido University |
|---|
Principal Investigator |
忠永 清治 北海道大学, 工学研究院, 教授 (90244657)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三浦 章 北海道大学, 工学研究院, 助教 (10603201)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 酸窒化物薄膜 / ゲル膜 / 低温窒化 / 窒化物 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
窒化物や酸窒化物薄膜の合成には、高温でのアンモニアガスでの処理や、真空環境などを用いる必要があり、これらをを用いない合成プロセスの開発が望まれている。本研究では、ゾル－ゲル法により作製したゲル膜を、窒素を含む低温溶融塩の液相と反応させる、あるいは、様々な窒素含有化合物のと共に熱処理を行うことにより、ゲル膜内で結晶成長反応を進行させ、低温プロセスで窒化物あるいは酸窒化物の薄膜を形成する新規手法を開発することを目的としている。
まず、酸化物ゲル膜をゾル-ゲル法により形成し、その膜に直接、ナトリウムアミド粉末を塗布し、熱処理を行ったところ、一部反応は起こるが、膜質が非常に悪くなることがわかった。
そこで、高沸点の有機溶媒中にナトリウムアミドを溶解し、前駆体の酸化物薄膜をこの溶液に浸してオートクレーブ中で加熱することによる酸化物薄膜の窒化する手法を検討した。酸化インジウム薄膜に対してこの手法を適用したところ、薄膜への窒素ドーピングによる電子移動度の上昇が示唆される結果が得られ、溶液による窒素ドープの可能性が示された。
一方、作製した酸化物ゲル膜を窒素気流下の電気炉で熱処理する際に、上流に尿素を置き、尿素を加熱して発生する化学種を用いて、ゲル膜を窒化する方法も試みた。様々な遷移金属の前駆体薄膜について検討した結果、あらかじめ液相法で作製した酸化銅の薄膜を尿素存在下、窒素気流中400℃で熱処理を行うことにより、窒化銅の薄膜をガラス基板上に形成できることがわかった。しかし、酸化鉄系では窒化物を得ることが困難であることがわかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高沸点の有機溶媒中にナトリウムアミドを溶解し、酸化物薄膜に窒素をドープする手法を今年度、新たに見出した。
一方、前駆体酸化物薄膜を尿素と共に加熱する手法について、昨年見出した酸化銅以外の系でも、酸窒化物、窒化物が得られる結果が得られつつある。
従って、おおむね順調に進展していると判断できる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでの検討結果を踏まえ、様々な系への展開を目指した前駆体多孔質酸化物膜の作製について検討を行う。例えば、これまでに他のプロセスにより酸窒化物の合成が報告されている、ペロブスカイト系の酸化物などの前駆体薄膜の形成にについて検討を行う。
一方、酸窒化物薄膜を直接得ることが困難であることが判明した系に関しては、水酸化物薄膜の処理、酸硫化物をまず作製した上で、窒化するなどの手法についても検討を行う。
薄膜の窒化を行う準備として、これらの酸化物系に関して粉末を用いた反応条件の検討を引き続き行う。粉末系の実験において、出発試料や溶融塩の種類、合成温度・時間などを系統的に変化させて、得られる結晶粒子の大きさや形態の変化を確認し、最適な合成条件を検討する。
酸化物粉末と低温溶融塩との反応系を基に、これまでに確立した手法を用いて薄膜の形成を行う。
さらに、金属－窒素結合を含む前駆体を用いて前駆体薄膜を形成し、これを不活性ガス雰囲気下などで熱処理することにより、窒化反応を用いることなく、酸窒化物薄膜を直接生成できる系および手法の探索も引き続き行う。
|
