2021 Fiscal Year Research-status Report
Formation of sprayed semiconducting nano-particle layers and their device applications
| Project/Area Number |
20K05327
|
|---|
| Research Institution | Shimane University |
|---|
Principal Investigator |
吉田 俊幸 島根大学, 学術研究院理工学系, 講師 (50335551)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤田 恭久 島根大学, 学術研究院理工学系, 教授 (10314618)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 半導体 / ZnO / ナノ粒子 / ドーピング / 薄膜トランジスタ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
半導体プロセスに微粒子を取り入れることで低コスト化や大面積化、基板選択肢の拡大、さらには新しい動作原理を持つデバイスの開拓などの幅広い効果が期待されている。本研究課題はそうした取り組みの一環である。
2020年度までにZnOナノ粒子層の形成と、n型p型伝道特性の作り分け、薄膜トランジスタ（TFT）動作の確認を行ってきた。この中で、ZnO粒子層の寄生抵抗が極めて高い問題について取り組み、n型ZnOナノ粒子層においては、事前にZnO粒子とGa2O3粒子を混合・熱処理を行うことでZnO粒子へのGaドーピングが可能であることが分かり、得られたZnO:Ga粒子層は4～5桁のシート抵抗の減少を示し、sub-k ohm/sq台を達成した。
2021年度はさらにZnO/Ga2O3混合粒子の熱処理時のガス雰囲気について比較調査し、フォトルミネッセンス測定、XRD測定による評価を行い、影響を詳細に評価しつつ最適化を図った。その結果、open-Air、pure-N2、pure-O2では、熱処理後の欠陥や結晶子径などの違いが生じてopen-Air中で熱処理を行うことが最適であることが分かり、さらに、純化器により低露点化したAirとバブリングにより高湿度化したAirでの比較から、ガス中の水分の影響も大きく、高湿度化したガスの方が最終的に得られたZnO:Ga粒子層の伝導特性はよいことが分かった。
他にも異種材料混合としてカーボンナノチューブとZnO微粒子の混合層の伝導特性を検証したが、今回は条件が不十分でまとまった結論は得られなかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ZnO:Ga粒子層の条件出しは進んだが、薄膜トランジスタ（TFT）構造の作製が捗らず、安定した特性を得ることができなかった。ゲートスタックのリーク電流が原因である。またコロナ禍のために、窒素ラジカル照射のための他施設の利用が制限され実施できず、p型ZnO粒子層の条件出しが進まなかった。これらは次年度に繰り越して行う予定である。エアロゾル・ガス・デポジションについては、もともと試作費が高額であるところ、申請書作成時から配分額の減額および価格の上昇のために、実施は難しい状況である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
引き続きZnO:Ga（n型）およびZnO:N（p型）粒子層形成プロセスの最適化を進める。今回、ZnO粒子へのGaドーピング条件の最適化の過程で、欠陥の存在（または発生）と伝導特性との関連を見出したので議論を掘り下げる予定である。また温度可変ホール効果測定法を用いてキャリア伝導機構についても検討する。異種材料混合による効果の検証では、引き続きカーボンナノチューブ（CNT）の混合効果を調べる。
|
| Causes of Carryover |
主な理由はコロナ禍による出張の自粛により、出張旅費が不要となったことが挙げられる。またいくつかの学会がオンラインまたはハイブリッド開催となったことも理由である。さらに、別項でも触れたが、エアロゾル・ガス・デポジション法の利用を検討するため色々切り詰めたことも残額が生じた理由の一つである。これについては次年度の執行で賄えるか中止とするか検討する。
|
