2020 Fiscal Year Research-status Report
Formation of sprayed semiconducting nano-particle layers and their device applications
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20K05327
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
吉田 俊幸 島根大学, 学術研究院理工学系, 講師 (50335551)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤田 恭久 島根大学, 学術研究院理工学系, 教授 (10314618)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ZnO微粒子層 / TFTチャネル / Gaドーピング / 低抵抗化 / 微粒子混合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化物半導体（ここではZnO）微粒子層の薄膜トランジスタ（TFT）応用を目指して条件の最適化および各種メカニズムの解明を進めている。また新たな微粒子プロセス開発のため、異種材料混合による効果の検証を行っている。
目的で挙げた微粒子層のキャリア伝導メカニズムについては、過去に行った温度可変プローバによる評価結果を解析中である。標準的なバルク伝導とは異なる温度依存を示している。ZnO微粒子へのドーピング手法の開発については、Ga2O3微粒子との混合熱処理による熱拡散形Gaドーピングの最適化を進め、今年度は特に熱処理中のガス雰囲気の比較を行った。現段階では大気を用いた熱拡散処理が効果的で、粒子層のみのシート抵抗は実用化可能なレベルにまで低減化でいているが、TFTのチャネルとした場合は抵抗が高くなることからその理由について検討中である。それでもGa熱拡散していないZnO微粒子層をチャネルとした場合と比べて1000倍以上の伝導性能を得ている。エアロゾル・ガス・デポジション（AGD）法による微粒子層の形成については、次年度取り組む予定である。異種材料混合による効果の検証については、今年度はカーボンナノチューブ（CNT）とZnO微粒子の混合粒子層の電気伝導特性を評価した。両者の電気伝導性能が違いすぎるためにCNTの混合量を増やすとすぐにCNT伝導由来の特性へと変わってしまうが、小さな窓であるが遷移領域もあることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
エアロゾル・ガス・デポジション（AGD）法によるZnO微粒子層の形成と評価を行うことができなかった。また微粒子層のキャリア伝導メカニズムの解析についても、過去のデータを見直す程度にとどまり積極的に新しい評価を行えなかった。いずれもコロナ禍による膨大な授業資料の作成や学生の通学停止期間、および不要不急の出張の自粛のため他機関での測定実験を行えなかったことなど、やむを得なかったことが原因である。一方、ZnO微粒子へのGaドーピングについては電気伝導性の改善や欠陥生成機構の解析など、大きく前進できた。また新しい試みとして目的に挙げた異種材料混合についても一つの課題を進めることができた。以上より、やや遅れているという判断とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず一番進んでいるZnO微粒子へのGaドーピングについて検討を進める。すでにいくつか薄膜トランジスタ（TFT）のチャネルへの応用を試みているが、TFT構造にすることでシート抵抗値が大きく増加してしまう現象が見られている。各種プロセスが微粒子層にどう影響するのかを評価することで最適化を図る。また予想されたことであるが、Gaドーピングにより低抵抗化が達成されている現在、金属電極／半導体界面（MES型）および酸化物層／半導体界面（MOS型）による電界効果への影響が新たな課題として浮上している。TFTの高性能化にはこれについても検討が必要である。エアロゾル・ガス・デポジション（AGD）法については、現地に行かなくてもサンプルの作製を行ってもらえるようメーカーと相談しながら評価解析を進める。コロナの影響が収まり次第、北陸先端大学の温度可変プローバを用いた評価を進め、キャリア伝導メカニズムの解析を再開する。一方で島根大学所有の温度可変プローバを利用できるよう環境を整備する。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍による出張自粛から使用できなかった旅費相当額が翌年度への繰越金となった。翌年度ではエアロゾル・ガス・デポジション（AGD）法の外注に費用がかかることからそこへ充てる予定である。また、新たな微粒子プロセス機材としてロータリーキルンの購入も検討している。これは微粒子の熱処理の均一性を大きく向上させることができるため、ドーピング手法の開発、伝導メカニズムの解析、異種材料混合調整など、幅広く貢献できる機器である。
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