電子活性な空隙を利用した新規p型半導体および発光材料の探索

• 研究課題/領域番号: 23K19266
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0502:無機・錯体化学、分析化学、無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 辻 昌武 東京工業大学, 元素戦略MDX研究センター, 特任助教 (20981765)
• 研究期間 (年度): 2023-08-31 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 半導体 / 発光材料 / 計算科学 / 材料 / 点欠陥 / 発光体

研究開始時の研究の概要

一般にELデバイスにおける発光特性とキャリア注入特性の間にはトレードオフ関係が存在するので、これを打破するのが課題となる。この問題の解消に向けた戦略として、申請者は結晶中の電子活性な空隙を利用した特異な局所構造を持つ化合物に着目し、基底状態では3次元のバンド分散を持ちながら、励起状態では励起子を強く閉じ込める局在化した構造(自己束縛励起子)へ緩和する材料の探索を行う。

研究実績の概要

本研究では、高効率光電変換素子の創製に向けて、電子的に活性な空隙を利用した新規p型半導体および発光材料の探索を試みている。2023年度は準備段階のスクリーニングから優れた光・電気特性を示すことが期待された、Cs-Cu-I三元系化合物に着目し、薄膜育成と単結晶上への自己組織化膜作成を行った。
真空蒸着法と室温固相反応法による2ステップの薄膜育成は、溶液プロセスでは実現が難しい非常に緻密で平坦な薄膜を合成することができ、電気特性の評価と発光特性の評価を行うことができた。今後、単結晶の電気測定結果と合わせて、論文として投稿を予定している。
また、Cs3Cu2I5大型単結晶の合成に成功したため、育成した単結晶を基板として用い、Cs3Cu2I5/CsCu2I3/CuIのヘテロ接合の作製に成功した。室温で自己組織化させたヘテロ接合は非常に珍しいため、当材料だからこそ実現可能な有用なアプリケーションを模索している。

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

最終目標である新奇発光材料探索に向けて、準備期間にスクリーニングをした材料に関しては期待通りかそれ以上の成果が得られた。次年度はこれらのノウハウを活かし、特異な特性を示す発光材料探索を試みる。

今後の研究の推進方策

本研究のアプローチとして結晶構造内の空隙を電子的アクティブな構造要素として利用することを提案した。そのためのスクリーニング過程で、大きなイオン半径を有するヨウ素と、高い拡散性を持つ銅イオンを含む化合物系を選択した。今後は、アモルファス酸化物やカルコゲナイド中の電子活性な空隙に着目し、材料探索を行う。