2014 Fiscal Year Annual Research Report
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25289083
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
秋本 克洋 筑波大学, 数理物質系, 教授 (90251040)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | アモルファスカーボン / カーボン薄膜 / アモルファス / 反応性スパッタ成膜 / 光照射成膜 / ドーピング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素化アモルファスカーボン膜作製法および物性制御法を確立し、太陽電池への応用を目指している。26年度は、①反応性スパッタリング法により不純物添加によるｐタイプ化技術の確立、②光照射法による水素化アモルファスカーボン膜作製における原料がバンドギャップに及ぼす影響に着目して研究を進めた。
25年度成果により、B添加では電気伝導度変化はみられるもののデバイス応用できるほど低抵抗化が達成できず、Fの添加を試み低抵抗化の可能性を見出した。今回、Fの添加量と電気伝導度、キャリア濃度、易動度の関係を調査した。抵抗率は10E8Ωcmから10E0Ωcm、キャリア濃度1x10E17～1x10E19 cm-3の間で制御可能であることが分かった。また、赤外吸収スペクトルより、F添加に伴いF-C伸縮振動に原因するピーク強度増加が測定され、添加したFがCと結合している構造であることがわかった。すなわち、Fの強い電気陰性度によりCから電子を引き抜くことによりｐタイプ化が実現されたとメカニズムを解釈することができた。
光照射法による水素化アモルファスカーボン膜作製については、用いる原料が成膜された膜のバンドギャップに与える影響を調査した。光源はNd:YAGレーザで波長266nm、パルス幅３nsecである。C-C一重結合の原料とC=C二重結合を有する原料の比較に着目し、ペンタデカン（C15H32）とベンゼン(C6H6)を用いバンドギャップと構造について調査した。ペンタデカン、ベンゼンともに光照射によりスパッタ法で作成したアモルファスカーボンと同様のラマンスペクトルが得られた。二重結合を有する原料を用いた場合、バンドギャップが～1eV程度、一重結合の原料では～2eV程度の膜が得られ、スパッタ法の結果と傾向は一致した。また、光強度変化によるsp2とsp3の制御性は一重結合の原料のほうが勝っていることがわかった。
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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
申請書には25年度計画として、原料の効果、電気伝導度制御、光照射成膜法の検討を、26年度にはｐタイプ化技術の確立、バンドギャップ制御を挙げている。
25年度計画はほぼ計画通り達成し、26年度は予定通り26年度分の計画に沿って実施した。
ｐタイプ化の試みは、まずはB添加の追試から行い、電気伝導度の変化を確認した。しかしながらデバイスへの応用には抵抗が高すぎることから新たな不純物添加を行った。電気陰性度差を利用した不純物添加でキャリアの形成ができないかという観点で実験を企画し、また、アモルファスカーボンはダングリングボンドが多くこれに１価の原子が結合しやすいこと、さらに電気陰性度差が大きい場合には電子の引き抜きなどが生じて電気的性質に変化を与える可能性があると予想し実験した。ドーパント原料としてCF4を用い、流量制御により添加量変化の効果を調べた。抵抗率は10E8Ωcmから10E0Ωcm、キャリア濃度1x10E17～1x10E19 cm-3の間で制御できた。デバイスへの応用を考えた場合十分なキャリア濃度と電気伝導度であり、ｐタイプ化技術としては使えるレベルのものであると考えられる。
光照射成膜法によりバンドギャップ制御のための原料の効果について検討した。一重結合のペンタデカン（C15H32）と二重結合をもったベンゼン(C6H6)を比較し、ラマン分光や光電子分光での評価においては共に水素化アモルファスカーボン膜が形成されることを見出した。光照射強度の変化により、膜中のsp2とsp3含有量変化はペンタデカンの方が良いことがわかった。用いている光源が波長266nmのレーザで、C-C一重結合を切断するに十分なエネルギーであるが、二重結合を切断するにはエネルギーが不足ということが原因と考えられ、今後光照射成膜のメカニズムを検討する。
以上の結果より達成度は良好と自己評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
２６年度の成果を踏まえ、水素化アモルファスカーボン膜の膜形成法の開発と物性制御に力を入れる。ドーパントとしてＦの有効性を見出したので、最適ドーピング条件の最適化、キャリアの活性化エネルギーや易動度の測定、Ｆの結合様式の解明等を通じて電気伝導度変化のメカニズムを考察する。さらに他のハロゲンイオンのドーピングや、ｎタイプ化を目指した１族イオンのドーピングを試みる。
原料がバンドギャップに与える効果についてはデータを蓄積しバンドギャップ制御技術の確立を目指す。また、光照射による成膜のメカニズムの考察を進め、物性制御を可能ならしめる成膜方法として確立を目指す。また、ｎタイプ化を実現するドーパントの探索をV族元素、I族元素などを候補として選択し実験を試みる。さらに、ダングリングボンド密度の低減化を目指した不活性化法の開発およびｐ－ｎ接合の試作によりアモルファスカーボン膜のデバイス応用への可能性を示す。
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| Causes of Carryover |
ドーピング実験が、CF4を用いて最初のトライで1回で成功したことから他のガス原料を購入する必要がなくなったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
ｎタイプドーピングはダイヤモンドでも困難であることから様々な原料を試す必要性が予測され、これらの原料購入に充てる。
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Research Products
(6 results)
