2018 Fiscal Year Research-status Report
Polarity control and point defects in low temperature grown polycrystalline zinc oxide thin films
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17K06356
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| Research Institution | Kochi University of Technology |
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Principal Investigator |
牧野 久雄 高知工科大学, システム工学群, 教授 (40302210)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 酸化亜鉛 / 発光特性 / 電気特性 / 結晶極性 / プラズマ処理 / 欠陥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、多結晶ZnO薄膜の結晶極性制御技術の開拓と結晶極性が薄膜中の欠陥特性や熱的挙動に与える影響を明らかにしようとするものである。研究の２年目となる2018年度の研究計画当初の目標は、ガラス基板表面処理によるガラス基板上ZnO多結晶薄膜の極性制御であった。
RFマグネトロンスパッタ法によるガラス基板上でのZnO多結晶薄膜の成膜では、ガラス基板表面へのプラズマ処理効果を検討した。ガラス基板の材質やプラズマ処理の条件が薄膜の結晶構造特性に与える影響を明らかにした。それらの結果を精査し、さらにRFマグネトロンスパッタ法による成膜条件との組み合わせを最適化することによりZn極性ZnOの成膜条件を見出した。従来からのO極性ZｎO薄膜の成膜と合わせて、RFマグネトロンスパッタ法によるガラス基板上での多結晶ZnO薄膜の極性制御を実現した。
電気特性および光学特性が劇的に変化するZnO薄膜へのプラズマ処理効果については、残留ガスに着目し、物性変化に対する水素の関与を示唆する結果が得られた。また、発光特性とホール移動度、キャリア濃度のプラズマ処理時間依存性を注意深く比較することにより、発光性欠陥、非発光性欠陥と電気特性との相関を見出した。これらの成果を取りまとめ原著論文として発表した。
高濃度ドープZnO薄膜に対する熱処理の影響については、結晶極性の効果、熱処理雰囲気、熱処理温度依存性を検討した。ドーパントの化学状態変化を伴う欠陥生成による電気特性の低下、ドーパントの熱脱離によるキャリア濃度の減少、粒界散乱に起因したキャリア濃度およびホール移動度の低下といった複数の異なるメカニズムについて知見を得た。
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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
本研究は、ZnO多結晶薄膜の結晶極性制御技術の開拓と結晶極性が薄膜中の欠陥特性や熱的な安定性に与える影響を明らかにしようとするものである。
研究の２年目となる2018年度は、ガラス基板表面処理によるガラス基板上ZnO多結晶薄膜の極性制御を目標としていた。研究実績としては、成膜前基板表面処理条件とマグネトロンスパッタ成膜条件とを最適化することにより、ガラス基板上多結晶薄膜の極性制御に成功した。このことから、当該年度の計画当初の目標は順調に達成したと判断される。また、前年度に見出だされたZnO薄膜へのプラズマ処理効果については、原著論文として学術雑誌に出版され、さらに極性との相関に関する知見などが蓄積されている。よって、当初目標の達成、当初予定していなかったプラズマ処理効果に関する研究も進展しており、研究は当初の予定以上に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度となる2019年度は、当初の計画通り、マグネトロンスパッタ法による極性制御を駆使しながらドーパントの評価にも注力する。高濃度ドーピングZnO薄膜における、ドーパントの熱的な挙動、欠陥形成とそれに対する結晶極性の影響を明らかにする方向で研究を推進し、本研究を総括する。さらに本研究過程で見出されたZnO薄膜へのプラズマ処理効果も応用し、欠陥の熱的な挙動を制御することによる薄膜特性の高性能化を目指す方針である。
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| Causes of Carryover |
手袋等の消耗品の購入を見込んでいたが、残量があったため次年度に購入することとした。
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