2018 Fiscal Year Annual Research Report
プラスチック上における高スズ濃度ゲルマニウムスズ結晶の創成と太陽電池応用
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17J00544
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
茂藤 健太 筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC1)
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2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | ゲルマニウムスズ / 薄膜 / 太陽電池 / 固相成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はGeSn薄膜のさらなる移動度向上を目指し、固相成長におけるSn組成、膜厚、成長温度の影響を系統的に評価した。
EBSD像から、結晶粒径はSn組成と膜厚によって劇的に変化することが判った。結晶粒径は、Sn組成0.8-1.6%付近で最大値となり、このSn組成は、Ge中におけるSn固溶度(1-2%)と概ね一致した。実際にラマン分光法により、1.6%を上回るSn組成において、Snの析出が確認された。一方、膜厚に対しては100 nmで最大粒径をとなった。これは50 nmの薄膜ではSiO2との熱膨張係数差に起因する伸長歪の影響受け、前駆体密度が低いことに起因して小粒径化する現象、100 nm以上の膜厚では前駆体は高密度化するものの、膜厚増加共に核発生頻度が増加する現象のバランスを反映しているものと推察される。また、成長温度の低減による大粒径化も確認された。以上の結果、Sn組成0.8%、膜厚100 nm、成長温度375 °Cの試料において、最大粒径6 μmを得た。
ホール効果法を用いて、固相成長GeSn層の電気的特性を評価した。適切な量のSn（2%）を添加することで、正孔密度が減少すると共に、正孔移動度が増加した。これは、Sn添加による結晶粒径の拡大、すなわち、粒界散乱の低減を反映している。結晶粒径とGeSn/SiO2界面における散乱のバランスを反映し、膜厚200 nmにおいて移動度は最高値に達した。これらの試料に対して、空孔欠陥低減による正孔密度低減とそれに伴う移動度の向上を目的として、ポストアニール（500 °C）を施した。その結果、正孔密度が低減し、不純物散乱が低減することで移動度は向上した。以上、ガラス上（500 °C成長）で540 cm2/Vs、プラスチック上（375 °C成長）で420 cm2/Vsに及ぶ正孔移動度を得た。
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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
当初の計画では、ガラス上におけるGeSn薄膜の特性評価のみを予定していたが、ガラス上GeSn薄膜のさらなる特性向上とプラスチック上への展開を実現した。
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| Strategy for Future Research Activity |
プラスチック上に最高品質のGeSn薄膜を形成することに成功したため、次年度は太陽電池構造への展開を図る。
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