2022 Fiscal Year Research-status Report
Single crystal growth of transparent oxide semiconductor and analysis of its intrinsic physical properties
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20K05306
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
加瀬 直樹 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 嘱託特別講師 (10613630)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 単結晶 / 透明酸化物半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
育成に成功しているIGZO-11およびIGZO-13の大型単結晶の育成に取り組み、これらの伝導異方性を明らかにした。その結果、同様のキャリア密度帯でも伝導異方性はIGZO-13の方が数倍程度大きい事が明らかになった。結晶構造の違いから考察するとZnOの伝導への寄与は他に比べて明らかに小さいと考えられる。IGZO-1n(n = 1, 3)の伝導異方性は銅酸化物超伝導体のような絶縁層を有する層状化合物ほど大きくはない。そのため、In-Ga-Znの寄与の差はあるがそれら全てが伝導に貢献していると実験結果から考えられる。
ホモロガス構造InGaO3(ZnO)nにおけるnの偶奇の違いにより空間群が異なるため、それらの物性を比較するためにはn = 4までの大型単結晶が必要である。高出力を出せるFZ炉の整備をさらに進め高大気雰囲気下における単結晶育成環境を整えIGZO-14の単結晶育成を行った。現状では、結晶化はできているがIGZO-14だけでなくわずかなIGZO-15の相が混じり単相化できていない。
IGZO-1nの比熱、ゼーベック効果、熱伝導率といった熱物性の測定を行い、熱物性を明らかにすることに成功した。電子比熱の算出はキャリア密度的に困難であったが、デバイ温度などの算出に成功している。さらにマシンタイムの短縮及び算出精度向上のため性能指数ZTの同時算出が可能な測定装置の開発に取り組んだ。ゼーベック係数、熱伝導率、電気抵抗率を同時測定し、ZTを導出することができる装置の開発に成功した。
またFZ炉を用いてSnドープ型のIGZO大型単結晶の育成にも成功している。さらに、IGZOだけでなくIn-Zn-Oで構成されるIn2O3(ZnO)3の大型単結晶の育成に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
単結晶を用いて初めて実行できる伝導異方性の確認に成功し、その結晶構造に起因した伝導現象の解明に近づけた。
計画していたIGZO-14の大型単結晶育成にはまだ成功していないが、Sn置換型やIZOの大型単結晶の育成に成功しているため、研究の進展自体は順調である。IGZO-14の単結晶育成もわずかな不純物相が残るだけでありZnの仕込み量などの条件を詰めるだけで成功する見込みである。
さらに様々な熱物性を中心とした物性測定が順調に進んでおり、性能指数ZTの同時算出が可能な測定装置の開発にも成功しているため、今後さらなる発展が期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
nが偶数のIGZO系化合物の物性を明らかにするため、IGZO-14の単結晶育成に取り組む。現状すでに結晶化に成功しているため、Znの量を調整しIGZO-15の存在しない単相化に取り組む。可能ならばIGZO-15の単結晶育成にも取り組みたい。
新たにSnドープ型IGZOやIn2O3(ZnO)3の大型単結晶の育成に成功しているため、これらの物性測定に取り組む。特にIGZO系ではSn置換により移動度がさらに向上することが薄膜試料などで知られているため、単結晶を用いてどのような物性を示すか興味深い。
ZTの同時算出が可能な測定装置の開発に成功しているため、IGZO-1nの系統的な物性測定に取り組む。
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| Causes of Carryover |
必要な購入物品の変更に伴い差額が生じている。繰越分は大型単結晶育成に必要な原料の購入費に使用する。また多結晶ロッド作成のための静水圧ピストンの劣化が激しいため新しい製品の購入を検討している。
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