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超ナノ微結晶ダイヤモンド/アモルファスカーボンによる新規太陽電池の創製

研究課題

研究課題/領域番号 13J07294
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 薄膜・表面界面物性
研究機関九州工業大学 (2015)
九州大学 (2013-2014)

研究代表者

片宗 優貴  九州工業大学, 若手研究者フロンティア研究アカデミー, 特任助教

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
2015年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2014年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2013年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード超ナノ微結晶ダイヤモンド / ヘテロ接合 / p型半導体 / ホウ素ドーピング / ホッピング伝導 / 電子スピン共鳴 / 受光素子 / ヘテロ接合ダイオード / 水素化
研究実績の概要

平成27年度の研究では,ホウ素ドープ超ナノ微結晶ダイヤモンド/水素化アモルファスカーボン混相(UNCD/a-C:H)膜のキャリア伝導メカニズムの解明に取り組んだ.UNCD/a-C:H膜のキャリア伝導について,主成分である炭素(C),ドーパントのホウ素(B),終端原子の水素(H),構造欠陥のダングリングボンドに注目して,考察を行った.
アンドープ膜において,炭素由来のダングリングボンドの存在を示すESR信号が検出され,ダングリングボンドを含んでいることが確認できた.標準試料Mn2+を基準にして,アンドープ膜の欠陥密度は~10+22 cm-3と見積もられた.この欠陥密度は,一般的なa-Cと同程度である.アンドープ膜でのキャリア伝導は,a-Cと同様にダングリングボンド欠陥由来の局在準位を介したHopping伝導が支配的であると推察される.
ダングリングボンドとドーピングの関係について,窒素ドープ膜では,ESR信号は検出されたものの高い電気伝導度のため信号強度が低く,定量は困難であった.その一方で,ホウ素ドープ量の増加に伴ったESR信号強度の低下が見られた.このホウ素ドープ膜で見られたESR信号強度の低下は,ESR活性なダングリングボンド数の減少を意味しており,この原因として,(1) 欠陥密度の減少,(2) 電子密度の増減に伴うFermi準位位置のシフトによる欠陥の帯電状態の変化が考えられる.前者はホウ素の炭素ダングリングボンド終端によるダングリングボンド数の減少,後者はp型化に伴う欠陥の帯電状態の変化によるESR不活性化に由来するものと推察される.
以上の結果から,ホウ素ドープUNCD/a-C:H膜のキャリア伝導は,欠陥準位を介したものではなく,ホウ素により形成される局在準位を介したHopping伝導が支配的であると結論付けられる.UNCD/a-C:H膜中に取り込まれるホウ素原子の配置は,a) 炭素ダングリングボンド終端,b) 炭素原子を終端している水素との置換の2つが考えられることが明らかになった.

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2016 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (14件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Hydrogenation effects on carrier transport in boron-doped ultrananocrystalline diamond/amorphous carbon films prepared by coaxial arc plasma deposition2015

    • 著者名/発表者名
      Yuki Katamune, Satoshi Takeichi, Shinya Ohmagari, and Tsuyoshi Yoshitake
    • 雑誌名

      J. Vac. Sci. Tech. A

      巻: 6 号: 6

    • DOI

      10.1116/1.4931062

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Near-Edge X-ray Absorption Fine-Structure Study on Hydrogenated Boron-Doped Ultrananocrystalline Diamond/Amorphous Carbon Composite Films Prepared by Coaxial Arc Plasma Deposition2015

    • 著者名/発表者名
      S. Ohmagari, T. Hanada, Y. Katamune S. Al-Riyami, and T. Yoshitake
    • 雑誌名

      Trans. Mat. Res. Soc. Jpn, to be published

      巻: -

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 同軸型アークプラズマ堆積法による超ナノ微結晶ダイヤモンド/水素化アモルファスカーボン混相膜の合成2015

    • 著者名/発表者名
      片宗優貴,楢木野宏,花田賢志,冨永亜希,吉武剛
    • 雑誌名

      NEW DIAMOND

      巻: 31 ページ: 8-12

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [雑誌論文] Carrier transport and photodetection in heterojunction photodiodes comprising n-type silicon and p-type ultrananocrystalline diamond/hydrogenated amorphous carbon composite films2014

    • 著者名/発表者名
      Shinya Ohmagari, Takanori Hanada, Yūki Katamune Sausan Al-Riyami, and Tsuyoshi Yoshitake
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 53(to be published)

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical and Electrical Properties of Boron-doped Ultrananocrystalline Diamond/Hydrogenated Amorphous Carbon Composite Films Prepared by Coaxial Arc Plasma Deposition2013

    • 著者名/発表者名
      Yūki Katamune and Tsuyoshi Yeshitake
    • 雑誌名

      Proceedings of The 15th Cross Straits Symposium on Materials, Energy and Environment Science and Technology

      巻: 15 ページ: 70-71

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [雑誌論文] Heterojunction Diodes Comprising p-Type Ultrananocrystalline Diamond Films Prepared by Coaxial Arc Plasma Deposition and n-Type Silicon Substrates2013

    • 著者名/発表者名
      Yūki Katamune, Shinya Ohmagari, Sausan Al-Riyami, Seishi Takagi, Mahmoud Shahan, and Tsuyoshi Yoshitake
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 52 号: 6R ページ: 65801-65801

    • DOI

      10.7567/jjap.52.065801

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formation of n-Type Ultrananocrystalline Diamond/Nonhydrogenated Amorphous Carbon Composite Films Prepared by Coaxial Arc Plasma Depo sition with Boron-Incorporated Graphite Targets2013

    • 著者名/発表者名
      Yūki Katamune, Shinya. Ohmagari, Hiroyuki Setoyama, Kazushi Sumitani, Yasuharu Hirai, and Tsuyoshi Yoshitake
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 50 号: 20 ページ: 23-28

    • DOI

      10.1149/05020.0023ecst

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ホウ素ドープ超ナノ微結晶ダイヤモンド/アモルファスカーボン混相膜の欠陥構造の評価2016

    • 著者名/発表者名
      片宗 優貴,竹市 悟志,吉武 剛
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 硬X線光電子分光法による超ナノ微結晶ダイヤモンド/水素化アモルファスカーボン混相膜の化学結合構造および電子状態の評価2015

    • 著者名/発表者名
      片宗 優貴
    • 学会等名
      第8回SPring-8萌芽的研究ワークショップ
    • 発表場所
      キャンパス・イノベーションセンター東京
    • 年月日
      2015-11-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] ホウ素ドープ超ナノ微結晶ダイヤモンド/水素化アモルファスカーボン混相膜の価電子帯評価2015

    • 著者名/発表者名
      片宗 優貴,竹市 悟志,吉武 剛,杉山 武晴,池永 英司,大谷 亮太,小泉 聡
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Application of Ultrananocrystalline Diamond/Hydrogenated Amorphous Carbon Composite Films to Photodiodes2014

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshitake, Y. Katamune, T. Hanada, S. Takeichi, S. Ohmagari
    • 学会等名
      Pacific Rim Symposium on Surfaces, Coatings and Interfaces (PacSurf 2014)
    • 発表場所
      Hapuna Beach Prince Hotel, Big Island of Hawaii
    • 年月日
      2014-12-07 – 2014-12-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Structural Characterization of Boron-Doped Ultrananocrystalline Diamond/Hydrogenated Amorphous Carbon Composite Film2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Katamune, S. Al-Riyami, S. Ohmagari, S. Takagi, and T. Yoshitake
    • 学会等名
      The 7th International Symposium on Surface Science (ISSS-7)
    • 発表場所
      Kunibiki Messe, Matsue, Shiane, Japan
    • 年月日
      2014-11-02 – 2014-11-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Growth of UNCD/a-C:H composite films by PVD and their electrical conductivity control2014

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshitake, Y. Katamune, T. Hanada, H. Gima, A. M. Ahmed, S. Ohmagari, S. Al-Riyami, and K. Hanada
    • 学会等名
      Japan-France Workshop on Diamond Power Devices
    • 発表場所
      Nishijin Plaza, Kyushu University, Fukuoka & Kuju Joint Training Center, Oita, Japan
    • 年月日
      2014-10-06 – 2014-10-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Effects of Hydrogenation on Electrical Properties and Chemical Bonding Structure of Boron-doped Ultrananocrystalline Diamond/Hydrogenated Amorphous Carbon Composite Films2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Katamune, S. Ohmagari, and T. Yoshitake
    • 学会等名
      The 15th IUMRS-International Conference in Asia (IUMRS-ICA 2014)
    • 発表場所
      Fukuoka University, Fukuoka, Japan
    • 年月日
      2014-08-24 – 2014-08-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Formation of Ultrananocrystalline Diamond/Amorphous Carbon Composite Films and Their Application to Photodetectors2014

    • 著者名/発表者名
      S. Ohmagari, S. Al-Riyami, Y. Katamune, T. Hanada, and T. Yoshitake
    • 学会等名
      The 15th IUMRS-International Conference in Asia (IUMRS-ICA 2014)
    • 発表場所
      Fukuoka University, Fukuoka, Japan
    • 年月日
      2014-08-24 – 2014-08-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 超ナノ微結晶ダイヤモンド膜の光電変換素子への応用に向けた基盤研究2013

    • 著者名/発表者名
      片宗優貴, アリヤミ サウサン, 大曲新矢, 冨永亜希, 瀬戸山寛之, 隅谷和嗣, 平井康晴, 吉武剛
    • 学会等名
      産業技術総合研究所・九州シンクロトロン光研究センター合同シンポジウム
    • 発表場所
      サンメッセ鳥栖
    • 年月日
      2013-07-31
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Photovoltaic Characteristics of Heterojunction Diode Comprising Boron-Doped Ultrananocrystalline Diamond/Hydrogenated Amorphous Carbon Composite Film and n-Type Silicon2013

    • 著者名/発表者名
      Yūki Katamune and Tsuyoshi Yeshitake
    • 学会等名
      2013 International Conference on SOLID STATE DEVICES AND MATERIALS
    • 発表場所
      Hilton Fukuoka Sea Hawk, Fukuoka
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Boron Doping Effects on Electrical Properties of Ultrananocrystalline Diamond Films Prepared by Coaxial Arc Plasma Deposition2013

    • 著者名/発表者名
      Yūki Katamune and Tsuyoshi Yoshitake
    • 学会等名
      2013 JSAP-MRS Joint Symposia
    • 発表場所
      Doshisha Univ., Kyoto
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Electrical properties of heterojunction diodes comprising p-type ultranan ocrystalline diamond/hydrogenated amorphous carbon composite films and n-type Silicon substrates2013

    • 著者名/発表者名
      Yūki Katamune, Shinya Ohmagari and Tsuyoshi Yoshitake
    • 学会等名
      E-MRS 2013 SPRING MEETING
    • 発表場所
      Strasbourg, France
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Chemical bonding structures and electrical properties of boron-doped ultrananocrystalline diamond/hydrogenated amorphous carbon composite films prepared by coaxial arc plasma deposition2013

    • 著者名/発表者名
      Yūki Katamune, Shinya Ohmagari, Al-Riyami Sausan, Seishi Takagi and Tsuyoshi Yoshitake
    • 学会等名
      E-MRS 2013 SPRING MEETING
    • 発表場所
      Strasbourg, France
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 超ナノ微結晶ダイヤモンド/水素化アモルファスカーボン混相膜の光キャリア伝導特性2013

    • 著者名/発表者名
      大曲新矢, 花田尊徳, 片宗優貴, 吉武剛
    • 学会等名
      第27回ダイヤモンドシンポジウム
    • 発表場所
      日本工業大学/学友会館
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.asem.kyushu-u.ac.jp/qq/qq01/index-j.htm

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2014-01-29   更新日: 2024-03-26  

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