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異種アニオン導入による非晶質酸化物半導体の高移動度化:起源の解明と新材料探索

研究課題

研究課題/領域番号 18H02054
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
研究機関東京大学

研究代表者

廣瀬 靖  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50399557)

研究分担者 関場 大一郎  筑波大学, 数理物質系, 講師 (20396807)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)
2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2019年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2018年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
キーワード非晶質半導体 / 複合アニオン / 薄膜トランジスタ / 熱電変換 / 複合アニオン化合物 / ZnO / 酸化物エレクトロニクス / 薄膜 / 複合アニオン酸化物
研究成果の概要

高移動度の非晶質半導体の開発を目指し、複合アニオン酸化物薄膜の系統的な合成を行った。酸化亜鉛系の材料の電気輸送特性の詳細な解析から、N,Fなどの電気陰性度の高いアニオンを導入して非晶質化した化合物が高移動度非晶質半導体の有望な候補であることを明らかにした。また、非晶質酸硫化亜鉛をチャネル層に用いた薄膜トランジスタの開発や、非晶質酸窒化亜鉛を用いた熱電変換素子の提案など、新たなデバイス応用を開拓した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

高移動度の非晶質半導体は、フラットパネルディスプレイやフレキシブルデバイス材料として急速に応用が進んでいるが、希少金属であるInを主成分として含むという課題がある。本研究で得られた非晶質複合アニオン酸化物半導体の設計指針は、希少金属や有毒金属を含まない高移動度非晶質半導体の開発につながると期待される。また、本研究で提案した非晶質半導体を用いた熱電変換素子の特性を向上することができれば、IoT機器用センサーなどのフレキシブルデバイスの電源に応用できる可能性がある。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 4件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Exploring Metastable Oxynitrides by Thin Film Growth Approach2021

    • 著者名/発表者名
      Hirose Yasushi、Hasegawa Tetsuya
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 94 号: 4 ページ: 1355-1363

    • DOI

      10.1246/bcsj.20210033

    • NAID

      130008037350

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High‐Mobility and Air‐Stable Amorphous Semiconductor Composed of Earth‐Abundant Elements: Amorphous Zinc Oxysulfide2019

    • 著者名/発表者名
      Yuting Zhu, Takanori Yamazaki, Zhen Chen, Yasushi Hirose, Shoichiro Nakao, Isao Harayama, Daiichiro Sekiba, Tetsuya Hasegawa
    • 雑誌名

      Advanced Electronic Materials

      巻: 6 号: 1 ページ: 1900602-1900602

    • DOI

      10.1002/aelm.201900602

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermoelectric Properties of Amorphous ZnOxNy Thin Films at Room TemperaturexDy epitaxial thin films2019

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Hirose, Masato Tsuchii, Kei Shigematsu, Yohei Kakefuda, Takao Mori, and Tetsuya Hasegawa
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 114 号: 19 ページ: 193903-193903

    • DOI

      10.1063/1.5089679

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 準安定な複合アニオン酸化物の薄膜合成と電子機能の探索2021

    • 著者名/発表者名
      廣瀬靖
    • 学会等名
      第134回 フロンティア材料研究所学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Thermoelectric Properties of Amorphous ZnOxNy Thin Films Fabricated at Room Temperature2021

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Hirose
    • 学会等名
      45th International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composites (ICACC 2021)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ルチル型酸化スズ-酸化ゲルマニウム混晶Sn1-xGexO2薄膜の光学特性2021

    • 著者名/発表者名
      長島 陽、廣瀬 靖、土井 雅人、福本 通孝、長谷川 哲也
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] スズ酸窒化物(SnOxNy)薄膜の電子輸送特性2021

    • 著者名/発表者名
      土井 雅人、廣瀬 靖、長谷川 哲也
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] W:SnO2薄膜における高移動度の起源2021

    • 著者名/発表者名
      福本 通孝、廣瀬 靖、中尾 祥一郎、木村 耕治、林 好一、杉澤 悠紀、関場 大一郎、長谷川 哲也
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] パイロクロア型Sn2Ta2O7エピタキシャル薄膜のトポタクティック窒化2021

    • 著者名/発表者名
      福本 通孝、廣瀬 靖、土井 雅人、杉澤 悠紀、関場 大一郎、長谷川 哲也
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Amorphous Zinc Oxysulfide Thin Films: Synthesis, Physical Properties, and TFT Application2020

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Hirose, Zhen Chen, Masato Tsuchii, and Tetsuya Hasegawa
    • 学会等名
      5th Thin Film Transistor Technologies (TFT 15)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of thin film transistor using an amorphous mixed-anion semiconductor a-ZnOS2020

    • 著者名/発表者名
      Zhen Chen, Yasushi Hirose, Tetsuya Hasegawa
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Functionalization of oxide-based mixed anion compound thin films2019

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Hirose
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2019 (MRM2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 非晶質酸窒化亜鉛(a-ZnON)薄膜の熱電特性2019

    • 著者名/発表者名
      廣瀬 靖、土井 雅人、重松 圭、掛札 洋平、森 孝雄、長谷川 哲也
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 窒化物厚膜をターゲットに用いたパルスレーザー堆積法によるZn3N2エピタキシャル薄膜の作製2018

    • 著者名/発表者名
      土井 雅人、朱 雨庭、中尾 祥一郎、廣瀬 靖、杉澤 悠紀、菊田 純一、関場 大一郎、長谷川 哲也
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] 複合アニオン化合物の科学2021

    • 著者名/発表者名
      陰山 洋、荻野 拓、長谷川 哲也
    • 総ページ数
      264
    • 出版者
      丸善出版
    • ISBN
      9784621306109
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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