アモルファス酸化物半導体の双安定性と不安定性の起源解明および応用開拓

• 研究課題/領域番号: 15H06207
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 井手 啓介 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (70752799)
• 研究期間 (年度): 2015-08-28 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: アモルファス酸化物半導体 / 弱結合酸素 / 不純物水素 / 膜構造 / 微細構造 / 半導体物性 / 先端機能デバイス / セラミックス / a-IGZO / 過剰酸素

研究成果の概要

アモルファス酸化物半導体は、従来の結晶性半導体やアモルファス半導体、有機半導体とは全く異なる電子構造、欠陥を持つ新しい半導体である。アモルファスであり、かつ多元素から成る極めて複雑な系であるために、欠陥解析およびデバイスの不安定性の起源解明は困難であると考えられていた。
本研究では、HAADF-STEM観察、昇温脱離ガス分析、In-situエリプソメトリ解析、硬X線光電子分光法などのアモルファス酸化物に有効な測定手段を選定・用いることで、欠陥種を特定し、その化学結合状態やギャップ内準位への影響を明らかにした。また、それらの知見を用いることでアモルファス酸化物蛍光体などの応用を開拓した。

研究成果

• [雑誌論文] Electron effective mass and mobility limits in degenerate perovskite stannate BaSnO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: C.A. Niedermeier, S. Rhode, K. Ide, H. Hiramatsu, H. Hosono, T. Kamiya and M.A. Moram
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 号: 16 ページ: 161202-161202
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.161202
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Conversion of an ultra-wide bandgap amorphous oxide insulator to a semiconductor (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Kim, T. Sekiya, N. Miyokawa, N. Watanabe, K. Kimoto, K. Ide, Y. Toda, S. Ueda, N. Ohashi, H. Hiramatsu, H. Hosono and T. Kamiya,
  • 雑誌名: NPG Asia Materials 巻: 9 号: 3 ページ: e359-e359
  • DOI: 10.1038/am.2017.20
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multiple roles of hydrogen treatments in amorphous InGaZnO films (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Tang, Y. Kishida, K. Ide, Y. Toda, H. Hiramatsu, S. Matsuishi, S. Ueda, N. Ohashi, H. Kumomi, H. Hosono and T. Kamiya
  • 雑誌名: ECS J. Solid State Sci. Technol. 巻: 6 号: 7 ページ: 365-372
  • DOI: 10.1149/2.0071707jss
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Quantitative Analysis and Deconvolution of Subgap States in Amorphous In-Ga-Zn-O (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Ide, Y. Kishida, S. Ueda, N. Ohashi, H. Hiramatsu, H. Hosono and T. Kamiya
  • 雑誌名: SID Int. Symp. Dig. Tech. Pap. 巻: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of working pressure and annealing on bulk density and nanopore structures in amorphous In-Ga-Zn-O thin-film transistors (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Ide, M. Kikuchi, M. Ota, M. Sasase, H. Hiramatsu, H. Kumomi, H. Hosono and T. Kamiya
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 56 号: 3S ページ: 03BB03-03BB03
  • DOI: 10.7567/jjap.56.03bb03
  • NAID: 210000147499
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electronic Structures of Various Color Light-Emitting Amorphous Oxide Semiconductor Thin Films (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoto Watanabe, Junghwan Kim, Keisuke Ide, Hidenori Hiramatsu, Hideo Hosono, and Toshio Kamiya
  • 雑誌名: SID Int. Symp. Dig. Tech. Pap. 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solid phase epitaxial growth of high mobility La:BaSnO3 thin films co-doped with interstitial hydrogen (2016)
  • 著者名/発表者名: C. A. Niedermeier, S. Rhode, S. Fearn, K. Ide, M. A. Moram, H. Hiramatsu, H. Hosono, and T. Kamiya
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 108 号: 17 ページ: 172101-172101
  • DOI: 10.1063/1.4948355
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] SnS films prepared by H2S-free process and its p-type thin film transistor (2016)
  • 著者名/発表者名: F.-Y. Ran, Z. Xiao, H. Hiramatsu, K. Ide, H. Hosono, and T. Kamiya
  • 雑誌名: AIP Adv. 巻: 6 号: 1 ページ: 015112-015112
  • DOI: 10.1063/1.4940931
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Room-temperature fabrication of light-emitting thin films based on amorphous oxide semiconductor (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Kim, N. Miyokawa, K. Ide, Y. Toda, H. Hiramatsu, H. Hosono, and *T. Kamiya
  • 雑誌名: AIP Adv. 巻: 6 号: 1 ページ: 015106-015106
  • DOI: 10.1063/1.4939939
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Transparent amorphous oxide semiconductor thin film phosphor, In–Mg–O:Eu (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Kim, N. Miyokawa, K. Ide, H. Hiramatsu, H. Hosono, and T. Kamiya
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 124 号: 5 ページ: 532-535
  • DOI: 10.2109/jcersj2.15283
  • NAID: 130005149944
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultra wide bandgap amorphous oxide semiconductor, Ga-Zn-O (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Kim, N. Miyokawa, T. Sekiya, K. Ide, Y. Toda, H. Hiramatsu, H. Hosono, and T. Kamiya
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 614 ページ: 84-89
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2016.03.003
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of thermal annealing on elimination of deep defects in amorphous In-Ga-Zn-O thin-film transistors (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Tang, K. Ide, H. Hiramatsu, S. Ueda, N. Ohashi, H. Kumomi, H. Hosono, and T. Kamiya
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 614 ページ: 73-78
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2016.03.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Why high-pressure sputtering must be avoided to deposit a-In-Ga-Zn-O films (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Ide, M. Kikuchi, M. Sasase, H. Hiramatsu, H. Kumomi, H. Hosono and T. Kamiya
  • 雑誌名: AM-FPD 2016 巻: - ページ: 298-301
  • DOI: 10.1109/am-fpd.2016.7543696
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of residual hydrogen in sputtering atmosphere on structures and properties of amorphous In-Ga-Zn-O thin films (2015)
  • 著者名/発表者名: 5.Haochun Tang, Kyohei Ishikawa, Keisuke Ide, Hidenori Hiramatsu, Shigenori Ueda, Naoki Ohashi, Hideya Kumomi, Hideo Hosono, and Toshio Kamiya
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 118 号: 20
  • DOI: 10.1063/1.4936552
  • 査読あり
• [学会発表] Importance of oxygen- and hydrogen-related defects to develop new amorphous oxide semiconductor materials (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshio Kamiya, Junghwan Kim, Keisuke Ide, Hideya Kumomi, Hideo Hosono
  • 学会等名: The 23rd International Conference on Display Workshops in conjunction with Asia Display2016
  • 発表場所: 福岡国際会議場
  • 年月日: 2016-12-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of New Amorphous Oxide Semiconductors: How to understand and control their defects? (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshio Kamiya, Keisuke Ide, Hideya Kumomi, and Hideo Hosono:
  • 学会等名: International Conference on Electronic Materials and Nanotechnology for Green Evironment (ENGE 2016)
  • 発表場所: Ramada Plaza Jeju Hotel, Jeju, Korea
  • 年月日: 2016-11-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] What have been clarified for defects in a-In-Ga-Zn-O and what we can obtain?; (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshio Kamiya, Keisuke Ide, Hideya Kumomi, and Hideo Hosono
  • 学会等名: The 16th Meeting on Information Display
  • 発表場所: ICC Jeju, Korea
  • 年月日: 2016-08-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Light-emission Properties and Electronic Structure of Amorphous Oxide Thin film Phosphor; (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoto Watanabe, Junghwan Kim, keisuke Ide, Hiramatsu Hidenori, Hideo Hosono, and Toshio Kamiya:
  • 学会等名: The 16th Meeting on Information Display (iMiD2016)
  • 発表場所: ICC Jeju, Korea
  • 年月日: 2016-08-23
  • 国際学会
• [学会発表] : Why high-pressure sputtering must be avoided to deposit a-In-Ga-Zn-O films; (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Ide, M. Kikuchi, M. Sasase, H. Hiramatsu, H. Kumomi, H. Hosono and T. Kamiya:
  • 学会等名: THE 23rd INTERNATIONAL WORKSHOP ON ACTIVE-MATRIX FLATPANEL DISPLAYS AND DEVICES
  • 発表場所: Ryukoku University Avanti Kyoto Hall
  • 年月日: 2016-08-06
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of weakly-bonded oxygen on subgap states in amorphous In-Ga-Zn-O and its chemical states (2016)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Ide, H. Hiramatsu, S. Ueda, N. Ohashi, H. Kumomi, H. Hosono, and T. Kamiya
  • 学会等名: International Thin-Film Transistor Conference
  • 発表場所: Ｔａｉｗａｎ
  • 年月日: 2016-02-25
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-step Annealing to Control Weakly-bonded Oxygen in a-IGZO Films and TFTs (2016)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Kishida, Haochun Tang, Keisuke Ide, Hidenori Hiramatsu, Shigenori Ueda, Naoki Ohashi, Hideo Hosono, and Toshio Kamiya
  • 学会等名: International Thin-Film Transistor Conference
  • 発表場所: Ｔａｉｗａｎ
  • 年月日: 2016-02-25
  • 国際学会
• [学会発表] Competition of Oxygen and Hydrogen: A Key to Developing New Amorphous Oxide Semiconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshio Kamiya, Keisuke Ide, Hideya Kumomi, and Hideo Hosono
  • 学会等名: International Thin-Film Transistor Conference
  • 発表場所: Ｔａｉｗａｎ
  • 年月日: 2016-02-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超ワイドバンドギャップアモルファス酸化物半導体の欠陥制御と光・電子デバイス応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 金 正煥、関谷 拓実、井手 啓介、平松 秀典、細野 秀雄、神谷 利夫:
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ、新潟
  • 招待講演
• [学会発表] ペロブスカイト型酸化物半導体固溶体の結晶構造と光学物性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林雄太郎、溝口拓、井手啓介、金正煥、松石聡、平松秀典、細野秀雄、神谷利夫:
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第29回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス
• [学会発表] アモルファスIGZOにおける弱結合酸素の電子状態解析; (2016)
  • 著者名/発表者名: 岸田 陽介、井手 啓介、上田 茂典、平松 秀典、大橋 直樹、細野 秀雄、神谷 利夫:
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ、新潟
• [学会発表] アモルファス酸化物蛍光体薄膜の多色化と電子構造; (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡邉 脩人、Kim Junghwan、井手 啓介、平松 秀典、細野 秀雄、神谷 利夫:
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ、新潟
• [学会発表] Doping and Charge Compensation in Amorphous Oxide Semiconductors (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshio Kamiya, Keisuke Ide, Hideya Kumomi and Hideo Hosono
  • 学会等名: 2015 International Workshop on DIELECTRIC THIN FILMS FOR FUTURE ELECTRON DEVICES: SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2015-11-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] a-In-Ga-Zn-Oにおける過剰酸素の化学結合状態とその欠陥準位 (2015)
  • 著者名/発表者名: 井手啓介、小林雄太郎、平松秀典、上田茂典、大橋直樹、雲見日出也、細野秀雄、神谷利夫
  • 学会等名: 薄膜材料デバイス研究会 第12回研究集会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2015-10-30
• [学会発表] Chemical states of weakly-bonded oxygens in amorphous In-Ga-Zn-O film and their effects on TFT (2015)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Ide, Hidenori Hiramatsu, Hideo Hosono, and Toshio Kamiya
  • 学会等名: The 9th International Symposium on Transparent Oxide and Related Materials for Electronics and Optics
  • 発表場所: Tukuba
  • 年月日: 2015-10-19
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of Thermal Anealing on Elimination of Deep Defects in Amorphous In-Ga-Zn-O Thin-Film Transistors (2015)
  • 著者名/発表者名: Hao-Chun Tang, Keisuke Ide, Shigenori Ueda, Hidenori Hiramatsu, Naoki Ohashi, Hideya Kumomi, Hideo Hosono, and Toshio Kamiya
  • 学会等名: The 9th International Symposium on Transparent Oxide and Related Materials for Electronics and Optics
  • 発表場所: Tukuba
  • 年月日: 2015-10-19
  • 国際学会
• [備考] 細野神谷平松研究室
  • URL: http://www.msl.titech.ac.jp/~hosono/