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本研究は、酸化物半導体の中で、現在、新しい酸化物エレクトロニクス材料として注目を集めている酸化亜鉛(ZnO)に注目し、それに関するナノ粒子合成法の開発と薄膜化を目的とした。ZnOナノ粒子の合成は以下の手順で行なった。最初に、無水酢酸亜鉛Zn(CH_3COO)_2を無水エタノール(C_2H_5OH)に溶解し、0℃に冷却した。これに水酸化リチウム(LiOH)を混合、攪拌し、低温で1週間保存した。その後、副生成物(酢酸リチウム)と残留水を除去するため、ヘキサンを加え、遠心分離し、沈殿物にエタノールを加え、無色透明なZnOナノ粒子溶液を形成した。生成溶液を電子回折および結晶格子像で調べた結果、生成したナノ粒子は平均粒径が4nmで、単相の六方晶ZnO(JCPDS-361451)であることがわかった。薄膜形成にはこの溶液を原料とし、ディップ法を用いた。基板には白板ガラスを用い、室温、大気中でZnOナノ粒子溶液中に浸した後、室温乾燥した。次に、これを電気炉内に入れ、大気中100℃〜500℃で焼成した。得られた膜は無色透明で基板との密着性も良好であった。ZnO薄膜の光透過率は、可視光領域において全て90%程度の高い透過率を示し、立ち上がり波長はZnOのバンドギャップ(〜3.3eV)に対応して、350nm付近となった。X線回折の結果、焼成温度100℃、300℃、500℃で作製した膜は、全て六方晶zincite型のZnO(JCPDS-361451)であることがわかった。また、結晶粒径は焼成温度の上昇と共に増大し、500℃の時、シェーラーの式から求めた粒子サイズは、約13nmとなった。また、断面SEM像から、.焼成温度100℃の時にはボイドが多く密度の低い膜であったが、焼成温度300℃以上では、結晶粒径は増大し、膜の緻密化と表面平坦性が向上することが分かった。以上の結果から、真空を用いない安価な方法でZnOナノ粒子及び薄膜が得られることが実証できた。
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