| 研究課題/領域番号 |
21H04612
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分26:材料工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
平松 秀典 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (80598136)
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| 研究分担者 |
飯村 壮史 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究センター, グループリーダー (80717934)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
41,730千円 (直接経費: 32,100千円、間接経費: 9,630千円)
2024年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2023年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
2022年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2021年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
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| キーワード | 半導体 / 新物質探索 / バルク・薄膜 / 第一原理計算 / デバイス / 輸送特性 / 光物性 / ドーピング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
光半導体デバイス産業界における以下の二大課題を解決可能な、発光ダイオード（LED）や太陽電池向けの革新的光機能性半導体を見いだし、デバイス化・産学連携へと展開する。
1. 半導体LEDにおける「グリーンギャップ問題」
2. 高い光吸収係数を有する太陽電池光吸収層の新材料がない
これらの課題を解決するために、以下の独自の化学設計指針を打ち立て、それに適合する新材料の探索と薄膜合成・デバイス化を達成し、全く新しい光機能性半導体材料として提案する。
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| 研究実績の概要 |
本研究において打ち立てた以下2点の化学設計指針に従って、研究計画におけるロードマップに設定したとおり、「有望物質の探索」に取り組むと同時に、薄膜化への取り組みを行った。
・高対称性結晶（具体的にはペロブスカイト型構造）中に意図的に「非結合性軌道」を導入し、適切なバンドギャップと、p型にもn型にもドーピングが可能な電子状態を実現する。
・高効率化に不可欠な直接遷移型にするために、長周期構造を利用したバンドの折りたたみを利用する。
その結果、これまで見いだしてきたペロブスカイト型構造物質だけでなく、ペロブスカイト型構造とは全く異なる結晶構造を有する別の有望カルコゲナイド物質を見いだした。そして、既に見いだしていたペロブスカイト型構造を有するSrHfS3やBaZrS3の薄膜合成については、パルスレーザー堆積法とクラッキングセルによる直接成長、またはCS2を用いた熱処理により成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ペロブスカイト型構造を有するSrHfS3やBaZrS3の薄膜化に成功し、本課題における化学設計指針に従って、有望物質の探索に取り組んだ結果、ペロブスカイト型構造とは異なる結晶構造を有する別の有望カルコゲナイド物質も見いだしている。
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| 今後の研究の推進方策 |
・薄膜合成に成功した試料については、より高品質化に取り組むと共にドーピング実験を開始する。
・ペロブスカイト型構造以外の結晶構造を有する別の有望カルコゲナイド物質を見いだすことに成功しているので、今後その物質も研究の基軸に取り込む。
・引き続き、設計指針に合致するペロブスカイト型カルコゲナイドおよび関連化合物を網羅的に合成し、第一原理計算を併用しながら、目的に合ったバンドギャップを有する有望物質候補の試料合成および評価を行う。
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