2020 Fiscal Year Research-status Report
Basic study for application of narrow gap oxide semiconductors with zinc blende structure
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19K05008
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| Research Institution | National Institute of Technology, Toyama College |
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Principal Investigator |
喜多 正雄 富山高等専門学校, その他部局等, 准教授 (00413758)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 酸化物半導体 / 閃亜鉛鉱型関連構造 / ナローギャップ / ミストCVD |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Cu3VO4は立方晶ダイヤモンド（閃亜鉛鉱）型関連構造を有し，バンドギャップが1.14 eVと近赤外領域にあり，太陽電池の光吸収層などとして高いポテンシャルを秘めた材料であるが，詳細な基礎物性は明らかになっていない．本研究課題では令和元年度にミストCVD法によるCu3VO4薄膜の作製を行い，次年度以降にCu3VO4の光学的，電気的性質を明らかにし，デバイス利用に向けた基礎知見を構築することが目的である．
ミストCVD法は溶質を溶解させた溶媒をミスト化し，ミストをキャリアガス・希釈ガスによって加熱された基板上に輸送して反応させるという非真空プロセスである．加熱反応部はホットウォール方式を適用し，電気炉内に無アルカリガラス基板を配置して目的温度まで加熱し，成膜を行なった．令和元年度は溶質に酢酸銅(Ⅱ)-水和物 (Cu(CH3COO)2)，バナジルアセチルアセテート(C10H14O5V)を用い，溶媒にメタノールに超純水5～15vol%を加えた混合溶液を用いて，反応温度が400～450℃でCu3VO4薄膜を得ることに成功した．しかしながら，得られたCu3VO4薄膜の面積が特性評価に必要な面積に達していなかったため，令和２年度はミスト供給管の内径を8mmから12mmに拡大することにより薄膜の面積拡大を試みた．ミスト供給管の内径が8mmでCu3VO4薄膜が成膜されたときと同じ条件で成膜を行っても，内径が12mmのミスト供給管を用いたときには，Cu3VO4が成膜されなかった．流速分布の解析からミスト平均流束（単位面積，単位時間あたりにガス供給管内を通過するミストの量）の制御がCu3VO4薄膜を形成するために重要であることを明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和2年度はミストCVD法で成膜したCu3VO4薄膜の光学的と電気的性質を明らかにする計画であったが，大きさが10×10mm2程度の均一な薄膜を成膜できる条件の最適化に時間がかかったため，物性の測定が計画よりもやや遅れている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、当該年度に得た学術的知見に基づき、最適化された成膜条件でミストCVD法によりCu3VO4薄膜を成膜し、得られた薄膜の光学的と電気的性質の測定を行う．また更なる装置の改良も行う．これまでは窒素フローで成膜を行っていたが，銅とバナジウムの価数を制御することが困難であった．そこで酸素を導入するガスラインを加えることによって，より精度よく酸素分圧を制御し，１価の銅と5価のバナジウムが得られる条件での成膜を目指す．
また，電気的特性については，p型伝導はCu欠損によって，n型伝導はバナジウムサイトにモリブテンをドープすることによってそれぞれの伝導の発現を目指す．これらの特性はVan der Pauw 法とHall効果測定などにより明らかにする．
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| Causes of Carryover |
令和2年度に電気的特性を測定しMRSで発表する予定であったが，均一な薄膜の成膜に遅れが生じたため，未使用額が生じた．このためMRSでの発表は次年度に行うこととし，未使用額はその経費に充てる予定である．
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