| 研究概要 |
分離型レーザ堆積(Separated Pulsed Laser Deposition : SPLD)装置を作製し、ドロプレットの無い、均質で、大面積の薄膜やナノ構造粒子を創製することを目的とした。この装置は、アブレーションチャンバーと堆積チャンバーに分離した構造であり、固体気化条件と材料堆積条件を個別に制御して、堆積基板上に高品位薄膜やナノ構造体を作製することを特徴とする。堆積チャンバー内には永久磁石アレー(0.1T、0.27T)を配置して、更に、基板とオリフィス部に電圧を印加することにより生ずる電界クーロン力と磁界ローレンツ力の相互作用によるExBドリフト運動により荷電粒子の制御を行い、堆積速度の向上、膜質の高品位化、堆積面積の拡大などを図った。
固体ターゲットに酸化亜鉛(ZnO)を選び、プラズマプルーム特性や基板上の堆積膜や複合薄膜デバイスの評価を行った。
SPLD法による膜は、平均表面粗さ0.84nm、粒子サイズ42nmが得られ、また均質性が従来のPLD方より優れており、ヘテロ構造多層ナノ構造体を作製する上で優れた特徴が明らかとなった。
現有のPLD法を用いて透明性高導電率ZnO薄膜としてアルミニウム、ガリウムをドーピングしたAl-doped ZnO(AZO)、Ga-doped ZnO(GZO)をドーピング量を最適に選んだ結果、87%以上の透明度を有し、抵抗率が10^<-4>Ω・cm程度を有する薄膜を得た。この値は現在利用されているITOの特性に匹敵するものであり、実用化に向けた薄膜デバイス(薄膜トランジスター)を試作して、移動度12.85cm^2/V・s、オン電流とオフ電流比6オーダーを得た。
窒素雰囲気中でPLDにより有機電界発光素子(OLED)を作製した。ガラス基板上にAl-doped ZnO膜を堆積し、その上にTPD薄膜とAlq_3膜を積層し、OLEDを作製した結果、通常の真空蒸着法による薄膜より光学特性、蛍光発光特性、膜の均質性が優れていることが分かった。薄膜固体リチウムイオン二次電池の正極活物質としてマンガン酸リチウム(LiMn_2O_4)薄膜を,固体電解質としてLithium Phosphorus Oxynitride(LiPON)薄膜,負極活物質として酸化バナジウム(V_2O_5)薄膜を作製し,放電容量は1.05μAh/cm^2という値を得た.
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