2020 Fiscal Year Annual Research Report
異種アニオン導入による非晶質酸化物半導体の高移動度化：起源の解明と新材料探索
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18H02054
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
廣瀬 靖 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50399557)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関場 大一郎 筑波大学, 数理物質系, 講師 (20396807)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 非晶質半導体 / 複合アニオン化合物 / ZnO / 薄膜トランジスタ / 熱電変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非晶質半導体はフラットパネルディスプレイやフレキシブルデバイスの基幹材料の一つである。近年、非晶質酸窒化亜鉛（ZnON）において200cm2V-1s-1を超える高移動度が報告され、酸化物への異種アニオン導入が希少元素を含まない高移動度非晶質半導体の開発戦略として注目されている。本研究では、非晶質酸窒化物、酸フッ化物、酸硫化物などの複合アニオン化合物薄膜を合成し、(1)酸化物への異種アニオン導入を利用した高移動度非晶質半導体の設計指針を明らかにするとともに、(2)光学特性や熱電変換特性などの新たな機能を開拓することを目的としている。
本年度は(1)に関して、非晶質ZnOSの伝導帯下端のポテンシャルの空間的な揺らぎ（φ0）を電気輸送特性の温度依存性から評価した。パーコレーションモデルを用いた解析の結果、非晶質ZnOSのφ0は非晶質InGaZnO4膜と同程度で、ZnONよりも大きいことがわかった。これは、共有結合性が高いSを含むZnOSでは、伝導帯下端のポテンシャルがアニオンの空間的な分布の不均一性の影響を受けることを意味しており、高移動度化にはイオン結合性が高い異種アニオン（N, O, F）の導入が有効なことが示唆された。
(2)に関しては、熱電変換素子応用を念頭に非晶質ZnOSの熱伝導率および熱電変換特性を評価した。非晶質ZnOSの熱伝導率は約1.2 W/mKで、他の非晶質半導体と同程度の極めて低い値を示した。一方、ゼーベック係数と電気伝導率は非晶質酸化物半導体と同程度にとどまり、応用には高移動度化が必要なことがわかった。並行して非晶質GaONおよびSnON薄膜をチャネル層に用いたTFTの試作にも取り組んだ。残留キャリア濃度の低い高抵抗な薄膜は得られたが、作成したトランジスタのON/OFF比は10未満と低かった。成膜条件の最適化やポストアニール処理が必要と考えられる。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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